从单细胞RNA测序揭示脊椎动物肺的进化奥秘与关键调控机制

为深入探究脊椎动物肺的进化机制，研究人员开展了一项基于单细胞RNA测序的跨物种肺发育研究。他们发现，尽管软骨鱼类缺乏肺，但其基因组中存在大量肺相关基因和增强子，表明肺发育的遗传基础源于有颌脊椎动物的共同祖先。此外，研究还揭示了哺乳动物特有的肺泡细胞类型和关键基因（如sfta2），其缺失会导致小鼠严重呼吸缺陷。这一成果不仅为理解肺的进化提供了新视角，也为研究肺发育和疾病机制提供了重要参考，值得生命科学领域的专业人士关注。

　　

摘要

肺是陆地脊椎动物中必不可少的呼吸器官，存在于大多数硬骨鱼类中，但在软骨鱼类中缺失，这使得肺成为研究器官进化的理想模型。在此，我们分析了来自不同脊椎动物物种的成年和发育中肺的单细胞RNA测序数据，揭示了细胞组成、发育轨迹和基因表达模式的显著相似性。令人惊讶的是，尽管软骨鱼类缺乏肺，但它们仍然存在大量与肺相关的基因、共表达模式以及许多肺增强子，这表明在有颌脊椎动物的最后一个共同祖先中已经存在了大量肺发育的遗传基础。此外，自硬骨鱼类的最后一个共同祖先以来出现的1040个增强子可能包含了导致肺发育的肺特异性元素。我们进一步确定了肺泡I型细胞为哺乳动物特有的肺泡细胞类型，并发现了几种哺乳动物特有的基因，包括ager和sfta2，这些基因在肺中高度表达。功能验证显示，在小鼠中删除sfta2会导致严重的呼吸缺陷，突显了其在哺乳动物肺特征中的关键作用。我们的研究为脊椎动物肺的进化提供了全面的见解，展示了调控网络的修改和新基因的出现如何塑造了跨物种的肺发育和特化。