2023年9月13日，基于華大智造單細胞建庫平臺DNBelab C4、超高通量測序平臺DNBSEQ-Tx以及高通量測序儀MGISEQ-2000，華大生命科學研究院在國際學術期刊《自然·通訊》（Nature Communications）在線發表非洲肺魚呼吸器官最新研究成果。研究構建了迄今最完整的非洲肺魚呼吸器官在夏眠和水生環境中的高分辨率單細胞圖譜。

《自然·通訊》官網截圖

助力構建非洲肺魚呼吸器官單細胞圖譜

非洲肺魚的顯著特征是具有多重呼吸系統，其在水環境和陸地環境均以肺為主要呼吸器官，鰓和皮膚輔助呼吸。其中，非洲肺魚的肺結構，具有現代脊椎動物肺的原始形態，也因此成為研究四足動物呼吸器官進化的關鍵物種。

本次研究團隊基于華大智造單細胞建庫平臺DNBelab C4，對來自非洲肺魚肺組織的53,605個細胞和來自非洲肺魚鰓組織87,347個細胞進行測序，構建了迄今最完整的非洲肺魚呼吸器官高分辨率細胞全景圖。

非洲肺魚肺（左）和鰓（右）細胞圖譜

研究團隊結合此前發表的非洲肺魚基因組數據，通過對實驗室誘導夏眠33天的非洲肺魚和對照組取樣，在非洲肺魚肺和鰓中分別鑒定出14和22種細胞類型，首次以高分辨率圖譜形式展現了非洲肺魚呼吸器官的細胞組成。

實驗室誘導非洲肺魚夏眠

揭示非洲肺魚陸化過程中

的細胞和分子特征

脊椎動物從水到陸地的轉變是進化史上的一個里程碑事件。作為一種古老的物種，非洲肺魚具備諸多進化過程中的過渡特征，可視為魚類到兩棲類的中間形態。

為進一步揭示早期脊椎動物由水到陸過程中器官、組織的變化，研究團隊基于本次構建的單細胞圖譜，對非洲肺魚夏眠組和對照組的肺和鰓組織展開深入比較。研究團隊從細胞組成、分子表達差異和細胞間互作層面進行差異分析，結果表明，短期夏眠不會造成細胞類型層面的增加或缺失，而一些關鍵的細胞，如肺泡上皮細胞和鰓增殖細胞，則在夏眠期間顯示出細胞代謝層面的顯著下調。

此外，研究團隊利用已發表的關鍵脊椎動物呼吸器官單細胞數據，從細胞和基因表達調控層面進行物種間的比較分析。結果表明，盡管非洲肺魚的肺在結構上較為原始，但其基本的細胞組成和關鍵基因表達與高等哺乳動物具有較高的相似性，具備高等哺乳動物肺的基本功能。該研究結果進一步證實了非洲肺魚與典型脊椎動物呼吸器官的同源性。

斑馬魚魚鰾、非洲肺魚肺、人鼠肺同源關系

本研究成功構建了非洲肺魚呼吸器官細胞全景圖，揭示了非洲肺魚細胞類型的多樣性，以及在夏眠過程中的基因表達和細胞互作關系，并從細胞層面解析了魚鰾和非洲肺魚肺細胞類型之間的廣泛同源性。