单细胞测序揭示家猪胸腰椎发育相关机制

科技工作者之家 2021-11-30

猪体节数量性状是猪遗传育种的重要研究方向之一。记者29日从中科院昆明动物研究所获悉,该所张亚平院士研究团队与合作者通过单细胞测序,解析了猪胸腰椎发育和肋骨发生过程中的细胞类群鉴定与发育阶段胸腰椎的基因差异表达分析。国际著名期刊《基因组学、蛋白质组学和生物信息学》发表了这一成果。

我国科学家在家猪胸腰椎发育转换基因表达调控研究上取得进展。 昆明动物研究所供图

不同的家猪品种在胸椎和腰椎数量上高度可变,胸椎和腰椎数量与猪的体长密切相关,是重要的经济性状。长期以来,胸腰椎数量的变异与发育转换机制仍不清楚。由于胸腰椎的体节发生过程对应于早期胚胎发育阶段,对相应的收集与研究存在众多困难,导致这一过程中的基因表达调控机制研究存在诸多挑战。

近期,研究团队通过显微操作,获得受精后27天家猪胚胎胸腰椎连接处的脊椎和肋骨原基单细胞。分析发现,胸椎和腰椎在细胞组成上没有显著差异,均由成骨细胞、成纤维细胞、软骨细胞、基质细胞、造血内皮细胞和间充质干细胞6种类群细胞组成。胸腰椎虽然在单细胞类群组成上并无差异,但在子类群的细胞数量上存在差异。发育拟时间及核糖核酸速率分析发现,胸腰椎发育和肋骨形成主要有两个发育过程,为成骨作用和血管生成。

进一步分析发现,Hoxa10基因在胸腰椎存在差异表达,其在胸椎细胞中几乎不表达,在腰椎细胞中高表达且主要在成骨细胞中表达。研究发现腰椎成骨细胞Hoxa10的高表达主要集中在一个非编码区域,通过链特异的表达分析发现该基因的高表达,主要来自正链表达,研究人员推测其在胸腰椎转换过程中存在相应作用。

此项研究提供了丰富的数据,有助于其他动物模型的研究,并促进人们对脊椎动物胸腰椎发育转换机制的理解。