Nature Genetics
揭示牛类多组织单细胞表达图谱，助力复杂性状研究

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本文构建了涵盖59种牛组织、超过170万个细胞的单细胞图谱，揭示了细胞异质性、转录因子调控网络和细胞间通讯机制，为牛类遗传学、育种改良和比较生物学研究提供关键资源。

 

文献概述
本文《A multi-tissue single-cell expression atlas in cattle》，发表于《Nature Genetics》杂志，回顾并总结了牛类多组织单细胞表达图谱的研究进展，包括细胞类型鉴定、转录因子调控分析和细胞间通讯网络的构建。文章展示了牛类细胞类型与人类复杂性状的保守性，为研究人类疾病机制提供了潜在模型。

背景知识
牛类作为重要的农业物种，其基因组与表型表达的研究对提升育种效率、改善动物健康及理解人类疾病机制具有重要意义。当前，牛类基因型-组织表达（CattleGTEx）项目已关联多个组织基因表达与经济性状，但组织层面的细胞异质性研究仍受限。单细胞测序技术的快速发展为全面解析牛类细胞状态提供了可能，同时促进跨物种比较生物学研究。本文基于FarmGTEx项目，构建了首个涵盖多组织、多发育阶段和多性别的牛类单细胞图谱，系统揭示了细胞类型与复杂性状的关联，为农业和生物医学研究提供新视角。

 

构建牛类细胞类型与人类疾病模型的精准研究，提供多种组织特异性基因表达调控服务，适用于发育生物学、疾病机制探索及药物靶点验证。

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研究方法与实验
研究人员整合单细胞和单核RNA测seq数据，构建了包含1,793,854个细胞的CattleCA图谱。图谱覆盖15头牛（胎儿、幼牛和成年牛）的59种组织，涵盖7大细胞谱系。通过Harmony整合分析、轨迹推断、转录因子调控网络构建和细胞通讯分析，研究团队系统解析了细胞异质性、组织微环境影响和性状相关细胞类型。

关键结论与观点

• 构建了131种细胞类型，涵盖免疫、内皮、上皮、基质、神经、肌肉和生殖细胞谱系。
• 鉴定出与乳脂产量相关的兴奋性神经元和精子运动性相关的精母细胞，为农业性状改良提供细胞基础。
• 发现牛类与人类基因表达模式的保守性，支持利用牛类作为模型研究人类复杂表型。
• 揭示乳腺上皮细胞的异质性，包括8种亚型，其中ME0–3与乳合成高度相关，ME6与激素受体相关，ME7与催产素信号相关。
• 免疫细胞分析显示，抗原呈递细胞（如树突状细胞、巨噬细胞）在不同组织中表现出谱系特异性表达，支持免疫调控机制研究。
• 肠道上皮细胞与免疫细胞间存在多种配体-受体通讯，如GUCA2A–GUCY2C和MIF–CD74，为肠道炎症机制提供线索。
• 肝细胞亚型（HPE0–9）在代谢和乳合成相关基因中表现出空间分区特征，为能量代谢与乳产量调控提供分子基础。

研究意义与展望
该研究为牛类遗传与基因表达研究提供了高分辨率的细胞图谱，将推动农业动物精准育种和跨物种疾病机制研究。未来可进一步探索不同环境或疾病状态下的细胞状态变化，结合功能基因组学和多组学整合，提升牛类模型在生物医学研究中的应用潜力。

 

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结语
本文报道了牛类多组织单细胞图谱的构建，系统揭示了细胞异质性、转录因子调控及细胞间通讯网络，为牛类复杂性状研究提供了关键资源。同时，该图谱为农业育种、人类疾病模型构建及跨物种生物学研究提供了新的分子和细胞层面见解。

 

Bo Han, Houcheng Li, Weijie Zheng, Lingzhao Fang, and Dongxiao Sun. A multi-tissue single-cell expression atlas in cattle. Nature Genetics.