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一個受精卵是如何從單細胞發育、分化為大量不同類型的細胞、組織和器官，最終構成一個完整的生命體的，這一直是發育生物學的基本問題和長期以來的研究目標。得益于近年來單細胞測序技術和計算生物學的發展，以“DNA條形碼”為代表的譜系示蹤技術取得了長足發展；例如，發育生物學的研究人員利用該技術明確了包括小鼠、斑馬魚、非洲爪蛙以及海鞘等多種生物的細胞發育譜系。文昌魚是介于無脊椎動物和脊椎動物之間的過渡型動物，是最原始的脊索動物（Chordate）,一直是研究脊椎動物起源和演化的理想對象，在探索脊索動物細胞命運決定保守機制和進化發育上有著極其重要的地位。 

近日，毛炳宇研究員團隊牽頭聯合中國科學院數學與系統科學研究院張世華研究員團隊、廈門大學李光教授團隊以及華大基因和福建師范大學等相關科研團隊在《Cell Reports》雜志在線發表了題為“Joint profiling of gene expression and chromatin accessibility of amphioxus development at single cell resolution ”的研究論文，該研究聯合Split-seq單細胞轉錄組測序（snRNA-seq）和10× Genomics單細胞表觀組測序（scATAC-seq）技術，以單細胞分辨率繪制了文昌魚早期胚胎發育全細胞命運圖譜和成體文昌魚各組織的單細胞基因表達圖譜和染色質開放特性圖譜；分析了文昌魚胚胎各譜系分化過程中的基因轉錄動態；以及通過跨物種的整合分析，構建了文昌魚胚胎各譜系分化過程中保守的基因調控網絡。 

該項研究檢測了不同胚胎發育時期的文昌魚胚胎，超過十萬個細胞的轉錄組測序，并系統性地繪制了文昌魚各胚層細胞分化路徑以及每個路徑中基因的表達變化。同時該研究還進行了來自不同胚胎發育時期的文昌魚胚胎的單細胞表觀組測序，共獲得數萬個單細胞的表觀組數據；通過轉錄組和表觀組的整合分析，構建了文昌魚胚胎譜系分化過程中的基因調控網絡，計算篩選并通過原位雜交實驗驗證到多個組織特異表達的新標記基因。這是第一張文昌魚胚胎發育過程中的單細胞分辨率全細胞命運圖譜，這項研究產生的數據對于研究脊椎動物各組織器官的演化具有重要意義。 

中國科學院昆明動物研究所馬鵬程副研究員、中國科學院大學博士生劉星言、徐棗旭和碩士生丁香凝、廈門大學生命科學學院碩士生劉惠敏以及福建師范大學黃鎮博士為論文的共同第一作者，華大基因陳東升博士、中國科學院昆明動物研究所毛炳宇研究員、數學與系統科學研究院張世華研究員、廈門大學李光教授、華大基因徐迅博士和福建師范大學張秋金教授為論文的共同通訊作者，毛炳宇研究員為論文的Lead Contact。本研究得到國家自然科學基金委、中國科學院戰略性先導科技專項、中國科學院青年創新促進會與中國科學院昆明動物研究所遺傳資源與進化國家重點實驗室開放課題等項目的資助。論文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)00765-3。 

圖示文昌魚單細胞水平轉錄組和表觀組整合分析