10月26日，四川農業大學動科學院羊遺傳育種團隊李利教授與中國農業大學李孟華教授合作在國際期刊《Genome Research》（Q1，自然指數期刊）在線發表題為“Single-cell transcriptome and metagenome profiling reveal the genetic basis of rumen functions and convergent developmental patterns in ruminants”（單細胞轉錄組和宏基因組揭示反芻動物的瘤胃功能遺傳基礎和趨同發育模式）的研究論文。該研究以綿羊和山羊為主要研究對象，利用單細胞轉錄組測序技術構建了6個發育關鍵階段（胚胎期早期、中期和晚期，出生后非反芻、過渡和反芻期）的瘤胃單細胞圖譜，以及細胞-微生物體外共培養實驗驗證了微生物在調節瘤胃細胞功能的重要作用。這一研究為反芻動物瘤胃細胞異質性和各階段基因趨同表達機制，關鍵細胞類型及其與微生物的互作機制提供了重要科學理論依據。動科學院鄧娟博士后為第一作者，中國農業大學碩士生劉雅婧為共同第一作者，李利教授和中國農業大學李孟華教授為共同通訊作者。
反芻動物是超過200種特殊的陸生植食性動物的統稱，其重要特征包括具有典型的多室胃，包括瘤胃、網胃、瓣胃和皺胃。瘤胃是反芻動物的第一胃，是重要的消化器官，在酮體代謝、微生物群落調節和上皮吸收等方面具有豐富的功能特點。瘤胃微生物和宿主之間形成了一種相互依存，相互制約的動態平衡，保持這種平衡對維持反芻動物的機體健康，生產性能以及食品安全具有重要的意義。綿羊和山羊，是最常見的陸生植食性反芻動物類型。在長期進化中產生了許多趨同表型，其中瘤胃是兩物種適應性進化的重要結構。隨著動物的生長發育，瘤胃的結構和功能經歷了巨大變化。然而在此項研究之前，人們對瘤胃的發育、細胞組成及遺傳分化、反芻功能的遺傳基礎等仍不清楚，未構建完整的瘤胃單細胞發育圖譜。
此次的研究中，科研人員分別在綿羊瘤胃中鑒定了30種、山羊31種細胞類型或亞型，發現來自相同發育階段的細胞距離更近，處于胚胎期、非反芻期的細胞與過渡期、反芻期的細胞明顯分離，具有明顯的階段特征。研究還發現了綿羊、山羊保守的轉錄調控網絡和細胞通訊模式，且瘤胃微生物組成及豐度具有相似性，瘤胃細胞類型與微生物組成及其代謝功能具有相似性。
綿羊和山羊瘤胃單細胞轉錄組圖譜
據了解，四川農業大學博士后鄧娟（現合作導師李明洲教授）此前作為第一作者曾在自然指數期刊《Current Biology》發表論文，長期聚焦農業動物經濟性狀開展功能基因組學數據挖掘相關研究工作。此次研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金以及第二次青藏高原綜合科學考察研究計劃等項目的資助。
論文原文鏈接：https://genome.cshlp.org/content/early/2023/10/26/gr.278239.123.abstract
