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绵羊在生殖生物学研究中具有重要价值，但卵巢发育转录动态尚不明晰。研究人员对不同发育阶段的绵羊卵巢进行单细胞 RNA 测序（scRNA-seq），鉴定出 9 种主要细胞类型及关键转录因子。该研究为绵羊生殖生物技术发展及人类生殖研究提供了重要依据。
在生物繁衍的奇妙世界里，卵巢的发育如同精密的时钟，有条不紊地调控着生命的延续。绵羊作为重要的家畜，不仅为人类提供丰富的肉、毛、奶等产品，还因其在生殖生理上与人类的相似性，成为研究人类生殖生物学的宝贵模型。然而，长期以来，绵羊卵巢发育过程中的转录动态变化一直如同神秘的面纱，未被完全揭开，这极大地限制了我们对生殖机制的深入理解以及相关疾病治疗手段的开发。
为了攻克这一难题，南京农业大学的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们对处于胚胎期（E90）、青春期前（M3）、青春期后（M6）以及成年期（Y2、Y4）等关键发育阶段的绵羊卵巢进行了深入探究。通过全面且细致的研究，他们取得了一系列令人瞩目的成果。研究不仅成功鉴定出 9 种主要的卵巢细胞类型，还发现这些细胞类型在发育过程中呈现出独特且动态的基因表达模式。此外，关键转录因子，如 FOXO1和 ESR1，在细胞类型转变和卵巢发育进程中发挥着至关重要的作用。更值得一提的是，研究人员通过跨物种比较，揭示了绵羊和人类卵巢在细胞类型、组成以及基因表达网络等方面存在的高度保守性，并进一步挖掘出与人类生殖性状和疾病相关的重要信息。这一研究成果发表在《iScience》上，为生殖生物学领域的发展注入了新的活力。
在研究过程中，研究人员运用了多种先进技术。其中，单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术是核心技术之一，它能够在单细胞水平上对基因表达进行精准分析，为研究细胞的异质性和基因表达动态变化提供了有力工具。此外，研究人员还利用了 CellChat 进行细胞间通讯分析，以探究细胞之间的相互作用；运用 Monocle2 软件开展伪时间分析，深入了解细胞的发育轨迹；通过 MetaNeighbor 工具进行跨物种转录组分析，挖掘不同物种间的共性与差异。
研究结果主要涵盖以下几个方面：
- 单细胞转录组特征：对绵羊卵巢不同发育阶段的单细胞转录组进行分析，共获得 61,649 个单细胞转录组。通过质量控制和聚类分析，成功鉴定出 9 种主要卵巢细胞类型，包括基质细胞、颗粒细胞、卵母细胞等。并且发现这些细胞类型在各发育阶段的比例存在动态变化，例如颗粒细胞和基质细胞在 M6 后迅速减少，而内皮细胞、平滑肌细胞和免疫细胞则有所增加。
- 细胞类型特异性基因表达：研究发现不同细胞类型具有特异性表达的基因，这些基因反映了细胞的身份和生理功能。例如，FST 基因在颗粒细胞中高表达，它是卵泡发育的关键调节因子。通过功能富集分析还发现，细胞类型特异性基因与多种生物学途径显著相关。此外，研究人员利用 SCENIC 工具鉴定出各细胞类型的关键转录因子，这些转录因子对维持细胞的独特身份和功能起着关键作用。
- 基因表达的动态变化：随着卵巢的发育，细胞间通讯呈现出动态变化。研究发现 Notch 信号通路在卵巢发育过程中受到动态调节，对细胞增殖、分化和卵泡发育具有重要意义。同时，不同发育阶段的颗粒细胞具有独特的基因表达模式，在胚胎期，颗粒细胞的基因多富集于代谢和激素信号通路；青春期则与激素分泌和卵泡迁移相关；成年期则与蛋白质靶向和代谢调节有关。
- 颗粒细胞和免疫细胞亚型的动态变化：对颗粒细胞进行进一步聚类分析，发现其存在 9 个亚群，并可分为窦前、窦和闭锁颗粒细胞亚型。这些亚型在不同发育阶段的比例不同，反映了卵泡发育的动态过程。通过伪时间分析，揭示了颗粒细胞的发育轨迹和关键基因变化。对免疫细胞的分析则鉴定出 T 淋巴细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等主要亚型，且发现巨噬细胞与颗粒细胞之间存在强烈的相互作用，表明免疫细胞在卵泡动态变化中发挥着重要作用。
- 跨物种比较分析：整合人类卵巢 scRNA-seq 数据与绵羊数据进行跨物种分析，发现绵羊和人类卵巢细胞类型存在大量重叠，且基因表达模式和调控网络具有高度保守性。通过 Meta-neighbor 分析，多数细胞类型对的基因表达保守性的受试者工作特征曲线下面积（AUROC）得分大于 0.75。此外，研究还发现绵羊卵巢细胞类型与人类生殖性状和疾病存在显著关联。
研究结论表明，该研究全面解析了绵羊卵巢发育过程中的细胞和分子机制，揭示了细胞类型特异性和发育阶段特异性的基因表达模式，以及关键转录因子在卵巢功能和生殖疾病中的重要作用。跨物种分析进一步证实了绵羊作为人类生殖研究模型的有效性，为深入理解生殖生物学和开发相关疾病的治疗策略提供了重要依据。同时，研究也指出了存在的局限性，如物种比较有限、缺乏多组织整合等，为后续研究指明了方向。这一研究成果为生殖生物学领域的发展奠定了坚实基础，有望推动相关领域的进一步突破和创新。
