【摘 要】
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黄牛作为我国重要的经济型家畜之一,在国内的饲养量居畜牛类首位,具有良好的环境适应性和疾病抗性,包含丰富的遗传资源和广泛的基因库。而肺脏作为黄牛的重要功能器官,除了极为重要的呼吸作用以外,还承担着调节机体水液的运输、排泄、免疫和造血功能。但由于肺脏特殊的生理结构和功能,其在呼吸过程中更容易受外界有害因素的影响,是最容易得病的器官。近年来,随着单细胞测序的快速发展,单细胞转录组测序已被广泛应用于不同科
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2021YFD1600200）； 国家自然科学基金面上项目（31872361）,“GPR50 在牦牛卵母细胞体外成熟过程中的作用及分子机制研究”； 中央引导地方科技发展专项（2020ZYD017）,“褪黑素相关受体在牦牛卵母细胞成熟过程中的分子机制研究”；
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黄牛作为我国重要的经济型家畜之一,在国内的饲养量居畜牛类首位,具有良好的环境适应性和疾病抗性,包含丰富的遗传资源和广泛的基因库。而肺脏作为黄牛的重要功能器官,除了极为重要的呼吸作用以外,还承担着调节机体水液的运输、排泄、免疫和造血功能。但由于肺脏特殊的生理结构和功能,其在呼吸过程中更容易受外界有害因素的影响,是最容易得病的器官。近年来,随着单细胞测序的快速发展,单细胞转录组测序已被广泛应用于不同科研领域。它能够对单个细胞的所有转录组进行测序,可以根据单个细胞的表达谱特征以高精度分辨率识别细胞类型和细胞状态,鉴定新的细胞类型,是分析目标表型背后复杂细胞分子机制的强有力工具。目前,已经有关于牛属动物视网膜、皮质、睾丸、骨骼肌、尾椎间盘、性腺等器官单细胞层面的研究,但肺作为哺乳动物重要的呼吸和造血器官,目前仅报道了人、小鼠和猪的肺细胞图谱,牛属动物肺脏的单细胞图谱还未见报道。本研究首次描绘了完整的黄牛肺脏单细胞全转录图谱,并在此基础上利用转录组测序筛选了黄牛与高原牦牛之间的差异表达基因,并对这些差异基因在黄牛不同细胞大类间的表达情况进行定位。取得了如下成果:（1）本研究首次构建了黄牛肺脏单细胞全转录图谱,包含9种细胞大类和39种细胞类型。具体的细胞大类有:B细胞、浆细胞、内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、单核细胞、DC、T细胞,其中B细胞包含2种细胞亚类（未成熟B细胞、成熟B细胞）,内皮细胞包含4种细胞亚类（a-Capillary cell、动脉内皮细胞、静脉内皮细胞、淋巴管内皮细胞）,上皮细胞包含6种细胞亚类（I型肺泡上皮细胞、II型肺泡上皮细胞、Basal cell、纤毛细胞、Club cells、CAV1+Epithelial cells）,成纤维细胞包含6种细胞亚类（外膜成纤维细胞、Col13a1+Fib、Pericytes 2、气道平滑肌细胞、Fib-1、Fib-2）,T细胞包含15种细胞亚类（循环T细胞、Naive CD4+T cells、Exhausted CD4+T cells、Effector CD4+T cell、共刺激细胞、Th1 cells、CD4-C1、CD4-C2、CD4-C3、CD4-C4、Naive CD8+T cells、Cytotoxic CD8+T cells、CD8-C1、CD8-C2）。此外,细胞亚型鉴定过程还发现存在中性粒细胞和ILC。（2）本研究在上皮细胞亚类中定义了1种新细胞类型（CAV1+Epithelial cells）,在成纤维细胞亚类中定义了2种新细胞类型（Fib-1、Fib-2）,在T＆NK细胞亚类中定义了6种新细胞类型（CD4-C1、CD4-C2、CD4-C3、CD4-C4、CD8-C1、CD8-C2）。（3）基于转录组测序共筛选出2318个黄牛与牦牛的差异表达基因,其中1184个基因表达上调,1134个基因表达下调。结果发现差异表达基因主要集中在免疫反应调节、细胞趋化性、T细胞介导的细胞毒性和自然杀伤细胞激活等与免疫反应相关的生物学功能和信号通路,还发现有神经活性配体-受体相互作用、花生四烯酸代谢、造血细胞谱系和c AMP信号通路等与低氧适应性相关的信号通路,以及类固醇激素生物合成和卵巢类固醇生成等与生殖相关的信号通路。将差异表达基因映射到黄牛肺脏9个细胞大类后,发现有347个差异表达基因在这9个细胞大类中,包括上调基因213个,下调基因134个,且差异表达基因主要集中在免疫细胞上。此外在映射结果的基础上发现了PON3,CYP2B6,LY75,CXCL2,ACOD1,TREM2,CD22,CR2和GIMAP4共9个潜在的新标记基因。本研究不仅丰富了肺脏的单细胞数据,为牛属动物肺脏的研究提供了广普性参考,同时也进一步加深了人们对牛属动物肺脏细胞亚型的认识。
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