基于单细胞转录组测序技术对鄂尔多斯细毛羊次级毛囊形态发生诱导期的研究

摘要

【目的】试验旨在解析鄂尔多斯细毛羊胚胎期次级毛囊诱导期形态发生过程中主要细胞类型的分子特征和分化过程。【方法】对采集的3只鄂尔多斯细毛羊(胎龄87 d)体侧部(肩胛骨后缘处)的皮肤样本进行HE染色,鉴定毛囊的发育时期;部分皮肤样本经过混样后进行单细胞转录组测序(scRNA-Seq),应用t-分布随机近邻嵌入(tSNE)分析细胞簇,分别使用胶原Ⅰ型α1链(Col1a1)和角蛋白15(Krt15)鉴定真皮谱系细胞和表皮谱系细胞,并使用皮肤组织不同细胞的标记基因进行细胞类型分析;对测序数据进行拟时序分析,探究其分化过程中差异基因的表达;通过GO功能富集分析进一步验证基因的功能。【结果】HE染色结果发现,鄂尔多斯细毛羊在胎龄87 d处于次级毛囊诱导期。通过scRNA-Seq在胎龄87 d的细毛羊体侧部皮肤细胞样品中获得10603个细胞和18704个基因的scRNA-Seq数据可用于下游分析。tSNE分析发现,皮肤组织中共有15个细胞簇;Col1a 1和Krt 15标记基因鉴定表明,真皮细胞和表皮细胞具有高度异质性。拟时序分析构建毛囊形态发生过程中真皮/表皮细胞谱系细胞的分化轨迹和基因动态表达图谱表明,在真皮谱系细胞由成纤维细胞(Fb)向成熟真皮聚凝物(DC)的分化过程中,多个不同阶段的标记基因FST重组蛋白(Fst)、抑制素亚基βα(Inhba)和转录阻遏物GATA结合1(Trps1)均在拟时序轨道上特异性表达,并富集了Wnt、Noggin和骨形态发生蛋白(BMP)等与毛囊形态发生相关的信号通路;在表皮谱系细胞分化过程中,基质和毛囊间表皮(IFE)的标记基因角蛋白10(Krt10)、同源基因C13(HOXC13)和音猬因子信号(SHH)在表皮谱系细胞拟时序轨道的2个分支上均特异性表达,且富集在细胞增殖和细胞黏附等相关通路。【结论】在细毛羊次级毛囊诱导期,真皮谱系细胞由成纤维细胞分化至真皮聚凝物,表皮谱系细胞处于基质和毛囊间表皮细胞增殖分化阶段,结果可加深人们对细毛羊次级毛囊形态发生过程的了解,为鄂尔多斯细毛羊育种研究提供有力的理论和技术支持。