嘿，你知道吗？单细胞测序技术，这个在医学领域早已大放异彩的科技利器，如今正以汹涌之势席卷农学的广阔天地。单细胞测序在医学方向一路高歌猛进，为医学领域的进步做出了巨大的贡献。而近几年，它在农学的水产、作物和禽畜等农学领域也越发火热起来。众多科研工作者纷纷投身其中，凭借单细胞测序技术发表了一篇又一篇极具价值的研究文章。在水产方面，它正悄然揭开水生生物神秘的细胞密码；作物领域，它助力挖掘作物生长的深层奥秘；禽畜行业，它为禽畜的生长发育带来新的突破。让我们一同走进单细胞测序技术赋能下的农学新世界。
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水产篇
案例1：无颌和有颌类脊椎动物淋巴细胞免疫系统的演化特征
英文标题：Discovery of an unconventional lamprey lymphocyte lineage highlights divergent features in vertebrate adaptive immune system evolution
发表期刊：Nature communications
影响因子：14.7
发表日期：2024.09
物种样本：七鳃鳗的肝脏、血液、肠道和鳃
技术策略：scRNA seq+全转录组测序
DOI：10.1038/s41467-024-51763-2
淋巴细胞受体在有颌和无颌脊椎动物中独立进化，具有相似的适应性免疫反应。然而，与有颌物种相比的无颌脊椎动物淋巴细胞中功能亚型和分子结构的多样性尚不明确。在这项研究中，研究人员将单细胞 RNAseq 和全转录组测序相结合，以证明七鳃鳗 Lampreta morii 含有与有颌脊椎动物不同的特殊 T 样细胞。该研究为理解七鳃鳗适应性免疫系统的复杂性提供了新的视角，也为探索适应性免疫的进化起源和多样性提供了重要信息。并且通过对这些原始脊椎动物免疫机制的研究，可以更好地理解免疫系统的演化历程，以及不同生物之间在免疫策略上的共性和差异。
案例2：软、硬骨鱼淋巴细胞保守和差异的进化特征
英文标题：Single-cell RNA sequencing illuminates the ontogeny, conservation and diversification of cartilaginous and bony fish lymphocytes
发表期刊：Nature communications
影响因子：14.7
发表日期：2024.09
物种样本：软骨鱼（白斑竹鲨）和硬骨鱼（斑马鱼和中国舌鳎鱼）
技术策略：scRNA seq
DOI：10.1038/s41467-024-51761-4
基于B细胞受体（BCRs）、T细胞受体（TCRs）和主要组织相容性复合体（MHC）的适应性免疫系统是有颌脊椎动物的共同特征。不同物种中，适应性免疫系统的基本特征相对保守，但在细胞和分子水平，仍具有一定的物种特异性。为了探究这一特征，研究人员通过单细胞测序技术展示了软骨鱼和硬骨鱼免疫细胞的单细胞 RNA 测序图谱，并系统地表征了这些物种免疫系统的细胞类型结构和免疫细胞的基因表达模式。通过对软骨鱼和硬骨鱼进行跨物种谱系构建和跨物种比较分析，发现不同物种的相同细胞类型表现出相似的转录谱，其中，淋巴细胞中的直系同源基因表达模式具有较高的保守性。同时强调了跨物种淋巴细胞谱系功能和分子特征的多样性，为理解有颌脊椎动物适应性免疫的起源与演化提供了新的线索。
案例3：斑马鱼跨组织揭示免疫细胞的异质性
英文标题：Cross-organ single-cell transcriptome profiling reveals macrophage and dendritic cell heterogeneity in zebrafish
发表期刊：Cell Reports
影响因子：7.5
发表日期：2023.07
物种样本：成年斑马鱼的五个外周器官（表皮，腮，肠道，肝脏，心脏）和脑
技术策略：流式+scRNA seq
DOI：10.1016/j.celrep.2023.112793
巨噬细胞（macrophages）和树突状细胞（DCs）是固有免疫系统的关键组成部分，它们在免疫应答、组织器官发育、稳态维持和损伤后修复中等过程中都发挥着重要作用。研究人员通过单细胞技术对成年斑马鱼的五个外周器官（表皮，腮，肠道，肝脏，心脏）和脑的进行分析，结果发现所有器官中都含有进化上高度保守的巨噬细胞和树突状细胞类群，并且揭示了各种组织特性型的巨噬细胞和树突状细胞类群。本研究增强了对斑马鱼中 巨噬细胞和树突状细胞 的理解，并为这些细胞的进一步发育和功能表征提供了有价值的工具。
作物篇
案例4：单细胞RNAseq揭示了控制大豆根瘤形成过程的新调控程序
英文标题：Single-cell transcriptome atlases of soybean root and mature nodule reveal new regulatory programs that control the nodulation process
发表期刊：plant communications
影响因子：9.4
发表日期：2024.08
物种样本：大豆根系和成熟根瘤
技术策略：scRNA seq+Molecular CartographyTM
DOI：10.1016/j.xplc.2024.100984
豆类与根瘤菌进行共生相互作用，根瘤是与固氮根瘤菌发生共生的器官。然后成熟大豆根瘤细胞的单细胞转录组图谱还不明确。研究人员利用单细胞测序和分子制图技术，精确描述了大豆根系和成熟根瘤细胞的单细胞转录组特征，揭示了成熟大豆根瘤被重氮双歧杆菌（B. diazoefficiens）侵染后不同细胞亚群的共存模式，此外作者借助根瘤单细胞转录组图谱和相关基因共表达网络分析证实了已知结瘤相关基因在大豆结瘤中的作用，还在功能上表征了 GmFWL3 的作用，GmFWL3 是一种控制根瘤感染的质膜微结构域相关蛋白。该研究揭示了成熟大豆根瘤独特的细胞复杂性，并有助于在考虑大豆根瘤的感染区时重新定义细胞类型的概念。
案例5：单细胞转录组揭示植物对真菌感染的细胞类型特异性响应
英文标题：Cell-type-specific responses to fungal infection in plants revealed by single-cell transcriptomics
发表期刊：Cell Host & Microbe
影响因子：20.6
发表日期：2023.09
物种样本：拟南芥幼苗
技术策略：scRNA seq
DOI：10.1016/j.chom.2023.08.019
病原体感染是一个动态过程。为深入探究病原体感染期间植物反应的转录异质性，研究人员使用单细胞测序技术对植物在真菌病原体感染下的反应展开研究。通过对感染真菌病原体 Colletotrichum higginsianum 的拟南芥叶进行分析，揭示了细胞类型特异性基因表达，尤其是脉管系统细胞中细胞内免疫受体富集。通过轨迹推断识别与入侵真菌有不同相互作用的细胞。分析还发现保卫细胞中有脱落酸信号传导的转录重编程，与依赖真菌直接接触的气孔闭合一致。此外，研究了真菌感染部位细胞中参与硫代葡萄糖苷生物合成基因的转录可塑性，强调了表皮表达的 MYB122 对抗病性的贡献。强调了植物对真菌病原体反应的空间动态和细胞类型特异性，为植物 - 病原体相互作用研究提供宝贵资源。
案例6：单细胞转录组图谱和棉花花药发育中的调控动力学
英文标题：Single-Cell Transcriptome Atlas and Regulatory Dynamics in Developing Cotton Anthers
发表期刊：Advanced science
影响因子：14.3
发表日期：2023.11
物种样本：棉花花药
技术策略：scRNA seq
DOI：10.1002/advs.202304017
植物花药由不同的特殊细胞类型组成，在植物繁殖中具有不同的作用。高温 （HT） 应激导致雄性不育，导致作物减产。然而，花药发育和响应 HT 期间的空间表达图谱和调节动力学在很大程度上仍然未知。研究人员通过单细胞测序分析建立了棉花花药中的第一个单细胞转录组图谱和染色质可及性调查，描述了花药中每种细胞的特定表达和表观遗传景观。减数分裂细胞、绒毡层细胞和中间层细胞发育轨迹的重建不仅鉴定了新的表达基因，还阐明了中间层的精确降解期，揭示了绒毡层细胞在 tetrad 阶段的快速功能转变。通过应用 HT，花药细胞之间显示了 HT 反应的异质性，并发现负责花粉壁合成的绒毡层细胞对 HT 最敏感。总的来说，这项研究提供了有关花药的大量信息，并为耐热作物的创造提供了线索。
案例7：单细胞+空转揭示了果实衰老的时空轨迹
英文标题：Single-cell and spatial RNA sequencing reveal the spatiotemporal trajectories of fruit senescence
发表期刊：Nature communications
影响因子：14.7
发表日期：2024.04
物种样本：火龙果果皮
技术策略：scRNA seq+空转
DOI：10.1038/s41467-024-47329-x
果实作为开花植物中独特的发育器官，在种子形成和植物繁殖中起着至关重要的作用。其衰老是一个复杂的生理过程，果皮内有多种细胞类型，这使得阐明它们在果实衰老中的个体作用极具挑战性。本研究构建了火龙果果皮 （Hylocereus undatus） 的单细胞表达图谱，揭示了在果实衰老过程中经历最显着变化的外果皮和中果皮细胞。通过拟时序分析确定衰老过程中的细胞分化和基因表达轨迹。研究揭示了早期反应因子 HuCMB1 在衰老调控网络中的核心作用。本研究为更深入地了解植物的动态衰老过程提供了时空视角。
禽畜篇
案例8：单细胞测序技术构建猪原肠细胞图谱为比较胚胎学提供新资源
英文标题：A single-cell atlas of pig gastrulation as a resource for comparative embryology
发表期刊：Nature communications
影响因子：14.7
发表日期：2024.06
物种样本：猪胚胎
技术策略：scRNA seq
DOI：10.1038/s41467-024-49407-6
在啮齿动物胚胎之外，人们对哺乳动物原肠胚形成过程中的细胞命运决定知之甚少。研究人员通过单细胞测序技术构建猪原肠胚的单细胞转录组图谱，揭示了细胞命运的出现动力学，以及控制早期猪、灵长类动物和鼠发育的保守和分歧基因程序。并且强调了胚外细胞类型的异时性，尽管细胞类型特异性转录程序被广泛保守。该研究揭示了猪、灵长类动物和小鼠在中胚层或内胚层命运决定方面的主要相似性，以及这些事件的相对时间的差异。
案例9：在单细胞水平提供鸡卵巢左右不对称发育的见解
英文标题：Insights into left-right asymmetric development of chicken ovary at the single-cell level
发表期刊：J Genet Genomics
影响因子：6.6
发表日期：2024.08
物种样本：鸡胚卵巢
技术策略：scRNA seq+空转
DOI：10.1016/j.jgg.2024.08.002
禽卵巢的发育不对称，只有左侧卵巢更倾向于功能性器官生长，而右侧卵巢则逐渐退化。研究人员对雏鸡左右卵巢六个不同胚胎发育阶段进行单细胞转录组测序分析，揭示鸡胚卵巢不对称发育机制。研究发现左侧卵巢有皮质细胞、合子生殖细胞及左侧特有的转录变化，差异基因表达分析确定了这些细胞类型中的特异性标志物和通路，凸显卵巢发育不对称性。对生殖细胞减数分裂转录组精细分析揭示七个不同簇及特定阶段基因表达模式，确定信号通路和细胞间通讯，尤其是前颗粒细胞与生殖细胞间的；空间转录组分析显示不对称性，皮层细胞仅在左侧卵巢，通过分泌信号分子调节邻近细胞类型。总体而言，本研究提供了对禽卵巢不对称发育的分子机制的见解，特别是皮层细胞在左侧卵巢中的重要作用。
案例10：通过单细胞测序+单细胞ATAC对牛骨骼肌发育进行转录和开放染色质分析
英文标题：Transcriptional and open chromatin analysis of bovine skeletal muscle development by single-cell sequencing.
期刊：Cell proliferation
影响因子：5.9
日期：2023.03
物种样本：牛骨骼肌
技术策略：scRNA-seq 和 scATACseq
DOI ：10.1111/cpr.13430
骨骼肌是一种复杂的异质组织，表征其细胞异质性以及转录和表观遗传特征对于理解其个体发育的细节非常重要。研究人员应用 scRNA-seq 和 scATAC-seq 技术来研究细胞类型、分子特征、转录和表观遗传调控，以及从妊娠、哺乳和成年阶段牛骨骼肌的发育模式。并且通过整合 scRNA-seq 和 scATAC-seq 结果，揭示了一系列特异性表达的转录因子。该研究概述了正常牛骨骼肌发育的单细胞动态染色质/转录景观;这些为了解哺乳动物骨骼肌的结构和功能提供了重要资源，这将促进其生物学研究。
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