四川农业大学羊遗传育种课题组揭示反刍动物瘤胃反刍功能的遗传基础

　　10月26日，四川农业大学动科学院羊遗传育种团队李利教授与中国农业大学李孟华教授合作在国际期刊《Genome Research》（Q1，自然指数期刊）在线发表题为“Single-cell transcriptome and metagenome profiling reveal the genetic basis of rumen functions and convergent developmental patterns in ruminants”（单细胞转录组和宏基因组揭示反刍动物的瘤胃功能遗传基础和趋同发育模式）的研究论文。该研究以绵羊和山羊为主要研究对象，利用单细胞转录组测序技术构建了6个发育关键阶段（胚胎期早期、中期和晚期，出生后非反刍、过渡和反刍期）的瘤胃单细胞图谱，以及细胞-微生物体外共培养实验验证了微生物在调节瘤胃细胞功能的重要作用。这一研究为反刍动物瘤胃细胞异质性和各阶段基因趋同表达机制，关键细胞类型及其与微生物的互作机制提供了重要科学理论依据。动科学院邓娟博士后为第一作者，中国农业大学硕士生刘雅婧为共同第一作者，李利教授和中国农业大学李孟华教授为共同通讯作者。

 

　　反刍动物是超过200种特殊的陆生植食性动物的统称，其重要特征包括具有典型的多室胃，包括瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃。瘤胃是反刍动物的第一胃，是重要的消化器官，在酮体代谢、微生物群落调节和上皮吸收等方面具有丰富的功能特点。瘤胃微生物和宿主之间形成了一种相互依存，相互制约的动态平衡，保持这种平衡对维持反刍动物的机体健康，生产性能以及食品安全具有重要的意义。绵羊和山羊，是最常见的陆生植食性反刍动物类型。在长期进化中产生了许多趋同表型，其中瘤胃是两物种适应性进化的重要结构。随着动物的生长发育，瘤胃的结构和功能经历了巨大变化。然而在此项研究之前，人们对瘤胃的发育、细胞组成及遗传分化、反刍功能的遗传基础等仍不清楚，未构建完整的瘤胃单细胞发育图谱。

 

　　此次的研究中，科研人员分别在绵羊瘤胃中鉴定了30种、山羊31种细胞类型或亚型，发现来自相同发育阶段的细胞距离更近，处于胚胎期、非反刍期的细胞与过渡期、反刍期的细胞明显分离，具有明显的阶段特征。研究还发现了绵羊、山羊保守的转录调控网络和细胞通讯模式，且瘤胃微生物组成及丰度具有相似性，瘤胃细胞类型与微生物组成及其代谢功能具有相似性。

 

　　据了解，我校博士后邓娟（现合作导师李明洲教授）此前作为第一作者曾在自然指数期刊《Current Biology》发表论文，长期聚焦农业动物经济性状开展功能基因组学数据挖掘相关研究工作。此次研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及第二次青藏高原综合科学考察研究计划等项目的资助。

 

　　论文原文链接：https://genome.cshlp.org/content/early/2023/10/26/gr.278239.123.abstract