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基于单细胞转录组的水稻稀有气孔细胞类型鉴定

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西南林业大学学报(自然科学) 2025年第1期45卷 44-54页

作者：刘开燕孙桂玲郭振华中国科学院昆明植物研究所中国西南野生生物种质资源库中国科学院大学中国科学院西双版纳热带植物园热带植物资源可持续利用重点实验室

为探讨禾本科植物气孔发育和运动的调控机制，在初次聚类的基础上，利用获得的所有表皮细胞进行亚聚类分析；同时结合更多标记基因，在亚聚类Resolution值为2.6时成功地从水稻叶片单细胞转录组数据中获得了独立且稳定的保卫细胞和副卫... 详细信息

为探讨禾本科植物气孔发育和运动的调控机制，在初次聚类的基础上，利用获得的所有表皮细胞进行亚聚类分析；同时结合更多标记基因，在亚聚类Resolution值为2.6时成功地从水稻叶片单细胞转录组数据中获得了独立且稳定的保卫细胞和副卫细胞的聚类，分别包括了12个保卫细胞和17个副卫细胞。GO富集分析揭示了“基于维管的运动”“信号转导”和“对刺激的响应”等气孔后期发育的生物学特征；基因调控网络分析揭示了OsDOF11、OsMAPK2、OsNAC75、OsABCG4、OsERF52和OsSWEET2b等基因及其潜在的相互作用网络。研究结果为植物稀有细胞类型的鉴定提供了方法参考，同时也为其他禾本科植物气孔细胞的研究提供了新的标记基因。

关键词：稀有细胞类型气孔水稻单细胞转录组

单细胞转录组测序在植物发育和抗逆研究中的应用

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热带农业科学 2025年第01期 140-147页

作者：马展鲁祎莹于飞刘启凤梁晓宇张宇海南大学热带农林学院海南大学三亚南繁研究院惠州海关

植物利用多样化的细胞类型和复杂的调节机制适应不断变化的自然环境。近年来，单细胞转录组测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技术越来越多地应用于植物研究中，以揭示单细胞水平上复杂的生物学关系。通过概述单细胞转录... 详细信息

植物利用多样化的细胞类型和复杂的调节机制适应不断变化的自然环境。近年来，单细胞转录组测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技术越来越多地应用于植物研究中，以揭示单细胞水平上复杂的生物学关系。通过概述单细胞转录组学技术的研究进展及其在植物发育和抗逆研究中的应用，总结单细胞转录组测序技术在植物研究中面临的问题及研究方向，为该技术在植物研究中的应用提供参考。

关键词：单细胞转录组植物发育细胞分化非生物胁迫生物胁迫

单细胞转录组和空间转录组技术及其在畜禽中的应用

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中国畜牧杂志 2023年第10期59卷 14-21页

作者：陈骜孙东晓韩博中国农业大学动物科学技术学院北京100193

转录组是研究细胞表型和功能的重要手段。单细胞转录组测序(Single-cell RNA-Sequencing,scRNA-seq)技术构建了每个细胞的表达谱,充分反映细胞的异质性;空间转录组(Spatial Transcriptomics,ST)技术能解析三维空间上的细胞表达信息,进... 详细信息

转录组是研究细胞表型和功能的重要手段。单细胞转录组测序(Single-cell RNA-Sequencing,scRNA-seq)技术构建了每个细胞的表达谱,充分反映细胞的异质性;空间转录组(Spatial Transcriptomics,ST)技术能解析三维空间上的细胞表达信息,进一步推进对组织原位细胞真实基因表达的研究;2项技术结合可构建起具有高分辨率和多维度的细胞表达图谱。目前,这2项技术已在众多生物学研究领域得到应用,但在畜禽上仍处于起步阶段。本文介绍了scRNA-seq技术和ST技术的基本原理、检测和分析方法,并综述了2项技术在牛、猪、羊和鸡等畜禽上的研究应用,为今后更多地在畜禽上应用单细胞转录组和空间转录组测序技术提供参考。

关键词：单细胞转录组空间转录组畜禽应用

单细胞转录组在晚期肺腺癌患者个体化治疗中的应用

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中华实验外科杂志 2020年第5期37卷 948-950页

作者：刘亚飞叶贯超黄岚张春敭盛银良吴彬韩露董博吴春莉齐宇郑州大学第一附属医院胸外科 450052 郑州大学第一附属医院生物治疗中心 450052

目的:分析晚期肺腺癌患者肿瘤细胞异质性,探索肿瘤细胞亚群转录组特性以寻找个体特异的治疗方案。方法:从人类肿瘤相关的基因表达汇编(GEO)数据库下载肺腺癌单细胞转录组测序数据芯片编号GSE123902,包含收集于2018年至2019年于纪念斯隆... 详细信息

目的:分析晚期肺腺癌患者肿瘤细胞异质性,探索肿瘤细胞亚群转录组特性以寻找个体特异的治疗方案。方法:从人类肿瘤相关的基因表达汇编(GEO)数据库下载肺腺癌单细胞转录组测序数据芯片编号GSE123902,包含收集于2018年至2019年于纪念斯隆-凯特琳癌症中心手术切除的8例原发肺癌组织,3例脑转移样本,1例骨转移样本,1例肾上腺转移样本。过滤、鉴定并分离肿瘤细胞,对表达数据进行标准化、降维处理并根据表达模式对细胞进行聚类,利用基因差异表达分析,基因集变异分析(GSVA)探索不同肿瘤细胞亚群的表达特性。结果:共分离Ⅳ期肺腺癌原发灶肿瘤细胞211个,脑转移灶肿瘤细胞965个,骨转移灶肿瘤细胞659个,肾上腺转移灶肿瘤细胞14个。样本间比较涉及肿瘤血管生成、上皮间充质转化、侵袭转移相关的基因和基因集,例如骨转移组明显上调的波形蛋白(VIM,logFC=3.185,校正后的 P细胞亚群,存在多个耐药相关基因上调,包括脑转移细胞亚群中上调的载脂蛋白2(LCN2, logFC=1.822,校正后的 P细胞亚群中上调的趋化因子1(CXCL1,logFC=1.604,校正后的 P单细胞转录组分析肿瘤细胞异质性,可为晚期肺腺癌患者寻找个体化治疗方案提供线索。

关键词：肺腺癌单细胞转录组个体化治疗

基于单细胞转录组学分析胰岛缺血性损伤分子机制及核心转录因子的鉴定

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器官移植 2024年第6期15卷 920-927页

作者：董博清王颖王晨鸽毕焕京王婧雯马睿阳郑瑾薛武军丁小明李杨西安交通大学第一附属医院肾移植科西安交通大学器官移植研究所西安710061

目的探讨胰岛移植损伤过程中的分子机制和细胞间相互作用。方法使用炎症因子处理的小鼠胰岛的单细胞转录组数据,基于Seurat包进行数据处理,并通过整合数据以去除批次效应。根据已知标志物对各个细胞亚群进行注释。基于CellChat包对炎症... 详细信息

目的探讨胰岛移植损伤过程中的分子机制和细胞间相互作用。方法使用炎症因子处理的小鼠胰岛的单细胞转录组数据,基于Seurat包进行数据处理,并通过整合数据以去除批次效应。根据已知标志物对各个细胞亚群进行注释。基于CellChat包对炎症因子处理组中的细胞互作进行分析,基于细胞表面受体和配体的表达情况推断细胞间的相互作用。使用基因集富集分析明确炎症因子处理后β细胞中富集的生物过程。最后鉴定出差异表达的转录因子,并使用供者胰岛缺血性损伤的微阵列数据集以及蛋白质印迹法进行验证。结果在小鼠胰岛中共发现了7个不同的细胞亚群,其中β细胞占据的比例最大。细胞互作网络分析结果显示,导管细胞与其他细胞之间的相互作用数量和强度最高。基因集富集分析结果显示,炎症因子处理后,β细胞中的免疫反应正向富集,而肽类激素、胆汁酸代谢以及离子稳态下调。在小鼠的单细胞转录和供者胰岛缺血性损伤的微阵列数据集中鉴定出共同的差异转录因子早期生长反应因子1(EGR1)、核因子-κB抑制因子α(NFKBIA)、转录激活因子3(ATF3)。其中,NFKBIA、ATF3表达上调,EGR1表达下调。EGR1蛋白表达量在冷缺血24 h、48 h及72 h后下调。结论EGR1为与胰岛冷缺血密切相关的转录因子,未来的研究应重点探讨EGR1及其下游靶基因的具体机制,以期为胰岛移植的临床治疗提供更有效的策略。

关键词：胰岛移植 1型糖尿病单细胞转录组细胞通讯转录因子冷缺血早期生长反应因子转录激活因子

基于单细胞转录组的多级别胶质瘤异质性及免疫微环境分析揭示了潜在的预后生物标志物

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生物工程学报 2022年第10期38卷 3790-3808页

作者：刘洁许凯龙马立新王洋湖北大学生命科学学院省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室湖北武汉430062

脑胶质瘤(glioma)是中枢神经系统最常见的内在肿瘤,具有发病率高、预后较差等特点。本研究旨在鉴定多形性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM)和低级别胶质瘤(lower-grade gliomas,LGG)之间的差异表达基因(differentially expres... 详细信息

脑胶质瘤(glioma)是中枢神经系统最常见的内在肿瘤,具有发病率高、预后较差等特点。本研究旨在鉴定多形性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM)和低级别胶质瘤(lower-grade gliomas,LGG)之间的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),以探讨不同级别胶质瘤的预后影响因素。从NCBI基因表达综合数据库中收集了胶质瘤的单细胞转录组测序数据,其中包括来自3个数据集的共29097个细胞样本。对于不同分级的人脑胶质瘤进行分析,经过滤得到21071个细胞,通过基因本体分析、京都基因与基因组百科全书途径分析,从差异表达基因中筛选出70个基因,我们通过查阅文献,聚焦到delta样典型Notch配体3(delta like canonical Notch ligand 3,DLL3)这个基因。基于TCGA的基因表达谱交互分析(gene expression profiling interactive analysis,GEPIA)数据库用于探索LGG和GBM中DLL3基因的表达差异,采用基因表达谱交互式分析和肿瘤免疫学估计资源(tumor immune estimation resource,TIMER)数据库,研究关键基因在不同分级的脑胶质瘤中的表达,预测了与免疫治疗密切相关的生物标志物。cBioPortal数据库用于探索DLL3表达与25个免疫检查点之间的关系。基因集富集分析(gene set enrichment analysis,GSEA)进一步确定了与中心基因相关的途径。最后,在中国胶质瘤基因组图谱(Chinese glioma genome atlas,CGGA)中验证了生物标志物在预后和预测中的疗效。这些结果发现,预后基因与肿瘤增殖和进展有关,通过生物学信息和生存分析,表明这些基因可能作为一种有前途的预后生物标志物,并作为选择治疗策略的新靶点。

关键词：人脑胶质瘤单细胞转录组功能注释 DLL3 免疫微环境

单细胞转录组整合分析人类肠道肥大细胞的组织间与组织内异质性

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单细胞转录组整合分析人类肠道肥大细胞的组织间与组织内异质性

作者：张景慧山东大学

学位级别：硕士

研究背景及目的肥大细胞(Mast cells,MCs)是肠道组织中重要的免疫细胞,越来越多的研究将其视为包括炎症性肠病(Inflammatory bowel disease,IBD)在内的多种肠道疾病的发病基础。最近一些单细胞RNA测序(Single-cell RNA sequencing,scRNA... 详细信息

研究背景及目的肥大细胞(Mast cells,MCs)是肠道组织中重要的免疫细胞,越来越多的研究将其视为包括炎症性肠病(Inflammatory bowel disease,IBD)在内的多种肠道疾病的发病基础。最近一些单细胞RNA测序(Single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)研究揭示了MCs在炎症、纤维化和肿瘤中的重要作用。受多种因素的影响,MCs具有十分显著且复杂的异质性。因此,这些仅在单一组织或疾病类型中对MCs的研究,尚不能揭示MCs是如何执行其谱系共有的和其驻留器官所需的功能。本研究旨在通过整合分析多种组织和疾病状态的scRNA-seq数据以创建人类MCs单细胞图谱,重点探讨健康和疾病状态下肠道MCs在组织间与组织内的异质性,为认识MCs在疾病中的关键作用提供途径和数据资源。研究方法本研究纳入29个公开的scRNA-seq数据集,利用多种生物信息学技术对其进行数据整合和综合分析,其中包括:(1)数据预处理,包括Scrublet算法初步去除双细胞、质控、标准化和对数化等;(2)Harmony算法进行数据整合和批次效应校正;(3)主成分分析和统一流形逼近与投影算法对数据进行降维和可视化;(4)Leiden聚类分析和细胞类型注释;(5)差异表达基因和转录因子分析;(6)GSEApy进行通路富集分析。同时,使用免疫荧光染色在人类样本中对关键分子靶点进行验证。研究结果1.本研究建立了一个包含18,064个MCs的跨组织和疾病状态的人类MCs单细胞图谱。2.健康状态下,肠道MCs与肺、口腔及皮肤等屏障组织MCs共享一个能够产生蛋白酶、脂质介质及组胺的核心转录程序。同时,肠道MCs具有组织特异性特征:肠道组织中存在高表达TMSB4X(P组织相比,炎症、非炎症和纤维化组织MCs中分别有20个、9个和121个基因的表达上调;疾病状态下屏障组织的MCs中存在Diseased-MC 5和Diseased-MC两个特殊亚群,前者高表达ISG15(P组织相比,溃疡性结肠炎患者结肠炎症和非炎症区域的MCs中分别有60个和31个基因表达上调;克罗恩病患者回肠炎症和非炎症区域的MCs中分别有16个和12个基因表达上调。SLC18A2和TMEM176B的表达水平在溃疡性结肠炎患者结肠炎症区域的MCs中显著上调(P组织和疾病状态的人类MCs数据资源,更有利于对MCs异质性的探索。2.在健康状态下,与其他组织器官相比,肠道MCs表现出明显的组织特异性,且各肠段MCs差异显著,或与肠道组织独特的功能需要以及各肠段间组织微环境的差异相关。3.疾病状态显著改变了 MCs的数目和表型,或与不同疾病微环境对MCs的影响和塑造有关。***患者炎症区域的MCs数量和表型发生显著改变,且这些改变在IBD患者非炎症区域MCs中已部分出现,提示MCs参与IBD的发生和发展过程。

关键词：单细胞转录组肥大细胞异质性屏障组织炎症性肠病

单细胞转录组整合分析成鼠嗅球新生神经元的发展及特征

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单细胞转录组整合分析成鼠嗅球新生神经元的发展及特征

作者：许逸聪昆明医科大学

学位级别：硕士

[目的]利用成年小鼠室管膜下区的神经发生及其参与的嗅球神经微环路可塑性过程的特性,通过整合分析相关区域的单细胞转录组数据,探究成鼠嗅球新生神经元的发展过程及表达特征,并讨论其定位及分离获取的可行性。为神经系统再生修复及神... 详细信息

[目的]利用成年小鼠室管膜下区的神经发生及其参与的嗅球神经微环路可塑性过程的特性,通过整合分析相关区域的单细胞转录组数据,探究成鼠嗅球新生神经元的发展过程及表达特征,并讨论其定位及分离获取的可行性。为神经系统再生修复及神经环路可塑性等领域的相关研究提供基础支持。[方法]收集并筛选成鼠嗅球及室管膜下区的单细胞转录组数据。经质控及预处理,将单细胞转录组数据进行比对及注释。基于合理的筛选过程,构建各样本的表达谱矩阵并进行校正及整合。通过有效的降维及聚类算法估计各细胞类型及部分类型的亚群。利用Wilcoxon符号秩检验筛选各细胞群间的差异基因作为其表达谱特征。基于降维结果及相关性,构建各细胞发生轴的拟时间序列。通过共表达分析构建各发生轴时序相关基因的共表达模块及各模块的共表达网络,并对网络中的各模块分别进行GO功能富集分析。[结果]通过对3组单细胞转录组数据的整合分析,总共获得了 96,732个细胞及其27,375个基因的表达情况。经分类,确定了 27种细胞分类群、4种星形胶质细胞亚群,以及嗅球的5种神经元亚群。通过表达谱的降维结果,观察到了从星形胶质细胞开始的神经元发生轴及少突胶质细胞发生轴。通过拟时间序列分析分别得到了神经元发生轴时序相关基因3,023个,少突胶质细胞发生轴时序相关基因1,470个。按表达相关性分别构建了13个神经元发生轴时序相关的共表达模块,以及10个少突胶质细胞发生轴时序相关共表达模块。最后通过对比表达谱特征与现有数据库中的原位杂交结果,得到了成鼠嗅球新生神经元的3个可用于标记的分子特征。[结论]作为嗅球成体新生神经元发生过程的源头,星形胶质细胞向NPC及OPC这2个不同方向发展时,首先均表现出去分化过程。其次,星形胶质细胞向OPC转化的过程中,可以发现其在表达谱表现出向少突胶质细胞系转化的过程。而NPC轴的发展过程起初只表现出细胞增殖相关特征,于TAP阶段才开始出现神经元系转化的相关过程。其中Ptprd相关调控过程可能参与轴突与少突胶质神经胶质的黏附并调节髓鞘的形成。在NSC被激活转化为TAP的过程中,其表达改变主要涉及有丝分裂的增强与胶质细胞特征的减弱。在TAP发生的神经母细胞中,通过Sox家族相关通路的调控,神经分化相关过程开始被激活,且开始产生未成熟神经标记,而有丝分裂相关通路的特征基因表达则无显著改变,表明早期神经母细胞依然具有相当的分裂增殖能力,而其细胞周期相关过程可能受到Hmgb2通路的调控。在迁移过程中,其细胞周期调节等增殖相关过程趋于结束,整体表达谱开始向突起发生及细胞迁移等神经元分化过程转变。神经元的细胞黏附及迁移过程与受Robo2等相关信号通路调节的Cldn5、Bsg等膜蛋白黏附作用有关,同时还受到Tmsb4X等相关通路的分化抑制作用。经迁移的新生神经元到达嗅球后,其分化成熟过程受到Calm2相关的钙离子信号的调节,这些被调控的过程主要包括神经突起延伸、突触形成及突触囊泡转运等。而其在嗅球的径向迁移加入神经微环路的过程,则可能与受嗅觉活动调节的Prok2等相关通路有关。此外,在成鼠嗅球新生神经元中Prokr2作为膜受体蛋白且具有较高细胞特异性,可用于嗅球新生神经元的分选及获取。

关键词：成体神经发生成体神经干细胞小鼠嗅球单细胞转录组

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单细胞转录组探究IgAN病理微环境调控

单细胞转录组探究IgAN病理微环境调控

作者：吕雪靓厦门大学

学位级别：硕士

免疫球蛋白A肾病(IgAN)是最常见的肾小球疾病,也是导致慢性肾病和终末期肾病的主要原因之一。目前主流的理论认为,浆细胞受到刺激后合成半乳糖缺陷的IgA1,被自身抗聚糖抗体识别,二者随后结合形成免疫复合物沉积在肾小球系膜,导致肾脏的... 详细信息

免疫球蛋白A肾病(IgAN)是最常见的肾小球疾病,也是导致慢性肾病和终末期肾病的主要原因之一。目前主流的理论认为,浆细胞受到刺激后合成半乳糖缺陷的IgA1,被自身抗聚糖抗体识别,二者随后结合形成免疫复合物沉积在肾小球系膜,导致肾脏的炎症和纤维化。然而直至今日,尚未有研究解释IgAl免疫复合物沉积在肾小球的详细原因,且IgAN更精确的病理机制还未完全确定。为探究IgAN发展过程中肾组织细胞经历的变化,揭示免疫细胞在这个过程中扮演的角色,我们分析了包含13个IgAN患者肾活检和6个肾癌患者正常癌旁组织的单细胞转录组数据集,对细胞聚类后得到15个细胞簇,结合不同注释方法得到9种细胞类型。在对比细胞簇的组间差异后,发现了 IgAN组有两簇近端肾小管细胞明显多于对照组,且与近端肾小管相邻的足细胞在IgAN组中也更多。提取近端肾小管细胞和足细胞亚群后,我们对这一细胞亚群进行下游分析,通过两种轨迹推断的方法重构疾病发展过程中近端肾小管细胞亚型的不同演进路线,发现存在组间差异的近端肾小管细胞主要汇集在细胞演化轨迹的末端,且这部分肾小管细胞均高表达促肾损伤和肾小管上皮细胞凋亡的长非编码RNA基因NEAT1和MALAT1。这部分异常的近端肾小管细胞中特异性表达的标记基因中富集了提示肾损伤相关通路,如细胞应激反应和细胞增殖等。最后,我们对肾组织样本的单细胞数据进行空间预测,发现在IgAN组中,T细胞和巨噬细胞与异常近端肾小管在空间上的相对位置较为接近,而在正常组中位置较远。对比之前的研究我们发现,IgAN组中的近端肾小管表达SEMA5A和VCAM1基因,这提示在IgAN患者的肾小管细胞中可能存在修复后失败的细胞群,而这些异常近端肾小管细胞可能具有招募巨噬细胞等免疫细胞并引发炎症的作用,为未来揭示IgAN中免疫细胞功能及其病理机制提供了启示,同时NEAT1基因可能成为IgAN未来潜在的治疗靶点。

关键词： IgAN 单细胞转录组时间轨迹分析空间转录组预测近端肾小管