从距今约5550万年前的陆地到如今海洋生境的转变对于鲸类而言无疑重塑了大脑，鲸类大脑集早期哺乳动物的保守特征与独有衍生特征于一身。鲸脑内各个细胞类型高效协同工作以维持其独特的认知、运动、听觉及视觉感知等过程。细胞水平的转录组学可以系统地表征脑内细胞的多样性，实现神经科学研究范式由重视细胞解剖向细胞类型分子分类进行过渡。近日，中国科学院深海科学与工程研究所联合青岛华大基因研究院等科研团队，在Molecular Ecology Resources上发表了以A genome and single-nucleus cerebral cortex transcriptome atlas of the short-finned pilot whale Globicephala macrorhynchus为题的研究论文。
该研究获得短肢领航鲸首个公开可用的染色体水平基因组资源（图1a），为加深对短肢领航鲸演化和比较基因组学的认知奠定了基础，并为成功获得鲸类脑皮层单核转录组数据提供了可能。该研究进而利用单核转录组测序技术（single-nuclei RNA sequencing，snRNA-Seq）分析了短肢领航鲸脑皮层五个功能区，揭示了短肢领航鲸脑皮层的细胞多样性（图1b）。该研究定义了鲸类六种主要皮层细胞类型，分别为兴奋性神经元、抑制性神经元、少突胶质细胞、少突胶质前体细胞、星形胶质细胞、内皮细胞，并进一步将神经元划分为8个兴奋性神经元亚群及4个抑制性神经元亚群。这些数据揭示了高分辨率的细胞类型，与之前对短肢领航鲸神经解剖学的发现相呼应，从而为了解鲸脑分子和细胞网络的形成提供了基础数据。鲸类与灵长类动物大约在9000-9500万年前从共同祖先分开，鉴于大脑结构和功能存在明显的相似性与差异性，将鲸类与灵长类动物并列加以比较具有重要意义。因而在上述工作基础上，该研究将短肢领航鲸与灵长类物种人、猕猴（Rhesus macaque, Macaca mulatta）的单核转录组测序数据进行整合，发现三个物种脑皮层细胞类型具有高度的相似性与保守性（图1c-d）。
收集保存新鲜鲸类大脑这类罕见大型标本非常来之不易，导致鲸类大脑的转录组分析研究极具挑战。本研究成功构建出一个较为完整的短肢领航鲸脑皮层单核转录组图谱实属不易，对于进一步深刻理解鲸类大脑演化及其分子机制提供了科学基础。
图1(a) 短肢领航鲸染色体圈图；(b) 脑皮层细胞类型的UMAP图；(c) 短肢领航鲸、人类和猕猴皮层细胞的UMAP图；(d) 显示短肢领航鲸（左）、猕猴（中）、人（右）皮层细胞类型之间连通性的桑基图
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1755-0998.13775
附件下载：