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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學院辦院方針

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斑馬魚全腦轉(zhuǎn)錄圖譜揭示神經(jīng)元表型分子調(diào)控規(guī)則

2021-12-15 腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心

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　　12月13日，eLife在線發(fā)表題為The landscape of regulatory genes in brain-wide neuronal phenotypes of a vertebrate brain的研究論文，該研究由中國科學院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學研究所）、神經(jīng)科學國家重點實驗室、上海腦科學與類腦研究中心研究員何杰研究組、嚴軍研究組和杜久林研究組共同完成。

　　大腦神經(jīng)元高度多樣，多樣的神經(jīng)元提供了大腦功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。因此，繪制全腦神經(jīng)元類型的分子圖譜，進而解析其編碼機制，對于認識大腦結(jié)構(gòu)功能及其發(fā)育進化具有基礎(chǔ)性意義，是當前腦科學的核心命題之一。該研究中，腦智卓越中心研究人員完成了對幼年斑馬魚全腦、腦區(qū)特異性、特定神經(jīng)調(diào)質(zhì)/神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)元約十萬細胞數(shù)量級的單細胞測序，繪制了幼年斑馬魚主要神經(jīng)元類型的轉(zhuǎn)錄組圖譜（圖A-B）。

　　神經(jīng)元之間的通訊主要通過神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)質(zhì)。神經(jīng)遞質(zhì)介導動作電位的產(chǎn)生，神經(jīng)調(diào)質(zhì)通過調(diào)質(zhì)突觸前末梢釋放遞質(zhì)的量及活動水平，以增強或減弱遞質(zhì)傳遞信息的效應。斑馬魚全腦細胞中，神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)元和神經(jīng)調(diào)質(zhì)神經(jīng)元的比例約為20：1。研究人員分別提取這兩類神經(jīng)元，基于層級聚類和群體統(tǒng)計分析，利用效應基因表達水平定義了相似神經(jīng)元對 (similar neuron cluster pairs，圖C）。由于轉(zhuǎn)錄因子對效應基因的表達具有決定性作用，研究人員發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)遞質(zhì)類相似神經(jīng)元對具有不同轉(zhuǎn)錄因子表達模式，呈現(xiàn)“會聚型”模式 (“Convergent” pattern)；而神經(jīng)調(diào)質(zhì)類相似神經(jīng)元對具有一致轉(zhuǎn)錄因子表達模式，呈現(xiàn)“一致型”模式 (“Matched” pattern, 圖D-E）。此外，研究發(fā)現(xiàn)一些轉(zhuǎn)錄因子十分相似的細胞群，效應基因的表達差別較大，甚至表現(xiàn)出完全不同的神經(jīng)遞質(zhì)類型，呈現(xiàn)“發(fā)散型”調(diào)控模式 (“Divergent”pattern，圖E）。深入分析發(fā)現(xiàn)，這些不相似的神經(jīng)遞質(zhì)類細胞群還表達不同的RNA結(jié)合蛋白 (RNA binding proteins, RBPs)編碼基因，暗示神經(jīng)元類型決定的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控編碼（圖E）。

　　該工作利用全腦單細胞測序分析，在全腦尺度上描繪了神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)調(diào)質(zhì)神經(jīng)元的多樣性；研究還揭示了轉(zhuǎn)錄因子及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子在編碼不同神經(jīng)元類型的分子調(diào)控規(guī)則，為研究神經(jīng)元多樣性產(chǎn)生和進化演變提供理論基礎(chǔ)。

　　研究工作得到中科院、國家自然科學基金委員會、科技部以及上海市的資助。

　　論文鏈接

　　幼年斑馬魚全腦單細胞轉(zhuǎn)錄組圖譜。（A）斑馬魚全腦單細胞測序?qū)嶒炇疽鈭D。（B）tSNE圖表征全腦45，746個細胞可以分為68個細胞群。不同來源的細胞用不同顏色表征。（C）定義斑馬魚全腦相似神經(jīng)元對的策略。位于層級分析鄰近細胞群，且在群體距離分布中呈現(xiàn)最小距離的兩個細胞群稱之為“相似神經(jīng)元對”。（D）條形圖表征不同神經(jīng)元類型使用的調(diào)控策略有所不同。神經(jīng)調(diào)質(zhì)神經(jīng)元主要采用“一致型”調(diào)控模式；而神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)元主要采用“會聚型”調(diào)控模式。（E）調(diào)控基因調(diào)節(jié)神經(jīng)元屬性的策略：一致型，會聚型，發(fā)散型。其中，一致型和會聚型表征轉(zhuǎn)錄因子在定義神經(jīng)元屬性時的策略；發(fā)散型表征RNA結(jié)合蛋白（RBPs）等轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子在調(diào)節(jié)神經(jīng)元多樣性中的策略。

　　12月13日，eLife在線發(fā)表題為The landscape of regulatory genes in brain-wide neuronal phenotypes of a vertebrate brain的研究論文，該研究由中國科學院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學研究所）、神經(jīng)科學國家重點實驗室、上海腦科學與類腦研究中心研究員何杰研究組、嚴軍研究組和杜久林研究組共同完成。
　　大腦神經(jīng)元高度多樣，多樣的神經(jīng)元提供了大腦功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。因此，繪制全腦神經(jīng)元類型的分子圖譜，進而解析其編碼機制，對于認識大腦結(jié)構(gòu)功能及其發(fā)育進化具有基礎(chǔ)性意義，是當前腦科學的核心命題之一。該研究中，腦智卓越中心研究人員完成了對幼年斑馬魚全腦、腦區(qū)特異性、特定神經(jīng)調(diào)質(zhì)/神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)元約十萬細胞數(shù)量級的單細胞測序，繪制了幼年斑馬魚主要神經(jīng)元類型的轉(zhuǎn)錄組圖譜（圖A-B）。
　　神經(jīng)元之間的通訊主要通過神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)質(zhì)。神經(jīng)遞質(zhì)介導動作電位的產(chǎn)生，神經(jīng)調(diào)質(zhì)通過調(diào)質(zhì)突觸前末梢釋放遞質(zhì)的量及活動水平，以增強或減弱遞質(zhì)傳遞信息的效應。斑馬魚全腦細胞中，神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)元和神經(jīng)調(diào)質(zhì)神經(jīng)元的比例約為20：1。研究人員分別提取這兩類神經(jīng)元，基于層級聚類和群體統(tǒng)計分析，利用效應基因表達水平定義了相似神經(jīng)元對 (similar neuron cluster pairs，圖C）。由于轉(zhuǎn)錄因子對效應基因的表達具有決定性作用，研究人員發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)遞質(zhì)類相似神經(jīng)元對具有不同轉(zhuǎn)錄因子表達模式，呈現(xiàn)“會聚型”模式 (“Convergent” pattern)；而神經(jīng)調(diào)質(zhì)類相似神經(jīng)元對具有一致轉(zhuǎn)錄因子表達模式，呈現(xiàn)“一致型”模式 (“Matched” pattern, 圖D-E）。此外，研究發(fā)現(xiàn)一些轉(zhuǎn)錄因子十分相似的細胞群，效應基因的表達差別較大，甚至表現(xiàn)出完全不同的神經(jīng)遞質(zhì)類型，呈現(xiàn)“發(fā)散型”調(diào)控模式 (“Divergent”pattern，圖E）。深入分析發(fā)現(xiàn)，這些不相似的神經(jīng)遞質(zhì)類細胞群還表達不同的RNA結(jié)合蛋白 (RNA binding proteins, RBPs)編碼基因，暗示神經(jīng)元類型決定的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控編碼（圖E）。
　　該工作利用全腦單細胞測序分析，在全腦尺度上描繪了神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)調(diào)質(zhì)神經(jīng)元的多樣性；研究還揭示了轉(zhuǎn)錄因子及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子在編碼不同神經(jīng)元類型的分子調(diào)控規(guī)則，為研究神經(jīng)元多樣性產(chǎn)生和進化演變提供理論基礎(chǔ)。
　　研究工作得到中科院、國家自然科學基金委員會、科技部以及上海市的資助。
　　論文鏈接
　　幼年斑馬魚全腦單細胞轉(zhuǎn)錄組圖譜。（A）斑馬魚全腦單細胞測序?qū)嶒炇疽鈭D。（B）tSNE圖表征全腦45，746個細胞可以分為68個細胞群。不同來源的細胞用不同顏色表征。（C）定義斑馬魚全腦相似神經(jīng)元對的策略。位于層級分析鄰近細胞群，且在群體距離分布中呈現(xiàn)最小距離的兩個細胞群稱之為“相似神經(jīng)元對”。（D）條形圖表征不同神經(jīng)元類型使用的調(diào)控策略有所不同。神經(jīng)調(diào)質(zhì)神經(jīng)元主要采用“一致型”調(diào)控模式；而神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)元主要采用“會聚型”調(diào)控模式。（E）調(diào)控基因調(diào)節(jié)神經(jīng)元屬性的策略：一致型，會聚型，發(fā)散型。其中，一致型和會聚型表征轉(zhuǎn)錄因子在定義神經(jīng)元屬性時的策略；發(fā)散型表征RNA結(jié)合蛋白（RBPs）等轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子在調(diào)節(jié)神經(jīng)元多樣性中的策略。
　　

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