從距今約5550萬年前的陸地到如今海洋生境的轉(zhuǎn)變對于鯨類而言無疑重塑了大腦，鯨類大腦集早期哺乳動物的保守特征與獨有衍生特征于一身。鯨腦內(nèi)各個細胞類型高效協(xié)同工作以維持其獨特的認知、運動、聽覺及視覺感知等過程。細胞水平的轉(zhuǎn)錄組學(xué)可以系統(tǒng)地表征腦內(nèi)細胞的多樣性，實現(xiàn)神經(jīng)科學(xué)研究范式由重視細胞解剖向細胞類型分子分類進行過渡。近日，中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所聯(lián)合青島華大基因研究院等科研團隊，在Molecular Ecology Resources上發(fā)表了以A genome and single-nucleus cerebral cortex transcriptome atlas of the short-finned pilot whale Globicephala macrorhynchus為題的研究論文。
該研究獲得短肢領(lǐng)航鯨首個公開可用的染色體水平基因組資源（圖1a），為加深對短肢領(lǐng)航鯨演化和比較基因組學(xué)的認知奠定了基礎(chǔ)，并為成功獲得鯨類腦皮層單核轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)提供了可能。該研究進而利用單核轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)（single-nuclei RNA sequencing，snRNA-Seq）分析了短肢領(lǐng)航鯨腦皮層五個功能區(qū)，揭示了短肢領(lǐng)航鯨腦皮層的細胞多樣性（圖1b）。該研究定義了鯨類六種主要皮層細胞類型，分別為興奮性神經(jīng)元、抑制性神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)前體細胞、星形膠質(zhì)細胞、內(nèi)皮細胞，并進一步將神經(jīng)元劃分為8個興奮性神經(jīng)元亞群及4個抑制性神經(jīng)元亞群。這些數(shù)據(jù)揭示了高分辨率的細胞類型，與之前對短肢領(lǐng)航鯨神經(jīng)解剖學(xué)的發(fā)現(xiàn)相呼應(yīng)，從而為了解鯨腦分子和細胞網(wǎng)絡(luò)的形成提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。鯨類與靈長類動物大約在9000-9500萬年前從共同祖先分開，鑒于大腦結(jié)構(gòu)和功能存在明顯的相似性與差異性，將鯨類與靈長類動物并列加以比較具有重要意義。因而在上述工作基礎(chǔ)上，該研究將短肢領(lǐng)航鯨與靈長類物種人、獼猴（Rhesus macaque, Macaca mulatta）的單核轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)進行整合，發(fā)現(xiàn)三個物種腦皮層細胞類型具有高度的相似性與保守性（圖1c-d）。
收集保存新鮮鯨類大腦這類罕見大型標本非常來之不易，導(dǎo)致鯨類大腦的轉(zhuǎn)錄組分析研究極具挑戰(zhàn)。本研究成功構(gòu)建出一個較為完整的短肢領(lǐng)航鯨腦皮層單核轉(zhuǎn)錄組圖譜實屬不易，對于進一步深刻理解鯨類大腦演化及其分子機制提供了科學(xué)基礎(chǔ)。
圖1(a) 短肢領(lǐng)航鯨染色體圈圖；(b) 腦皮層細胞類型的UMAP圖；(c) 短肢領(lǐng)航鯨、人類和獼猴皮層細胞的UMAP圖；(d) 顯示短肢領(lǐng)航鯨（左）、獼猴（中）、人（右）皮層細胞類型之間連通性的桑基圖
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1755-0998.13775
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