Nature Genetics：董骥/尚从平/王晓群/张礼标团队揭示哺乳动物超声感知的分子机制

来源：生物世界 2024-06-10 10:06

该研究通过构建大小蝙蝠高质量的参考基因组和听觉皮层的单细胞图谱，对比不同听力能力蝙蝠物种的听觉皮层表达差异，鉴定了PV+抑制神经元和CPLX1基因在哺乳动物超声感知中的重要作用。

近日，广州实验室董骥团队、尚从平团队、北京师范大学王晓群团队和广东省科学院动物研究所张礼标团队合作，在Nature Genetics期刊发表了题为：Complexin-1 enhances ultrasound neurotransmission in the mammalian auditory pathway的研究论文。

该研究通过构建蝙蝠的高质量参考基因组和听觉皮层的单细胞图谱，对小蝙蝠和大蝙蝠进行跨物种比较，从而鉴定与超声感知相关的细胞类群和标志基因，并通过结合小鼠模型的功能和行为实验来揭示超声感知的分子机制。

该研究的主要发现总结如下：

1、构建小蝙蝠和大蝙蝠的参考基因组和听觉皮层细胞图谱。该研究利用二代、三代以及Hi-C测序技术组装了N50值大于110 Mb的蝙蝠高质量参考基因组，并通过二代和三代的转录组数据对基因组进行注释，获得超过20,000个蛋白质编码基因，完整性高于99.8%。同时，该研究利用单细胞核转录组技术对4个蝙蝠物种的听觉皮层进行测序，构建了小蝙蝠和大蝙蝠的听觉皮层细胞图谱。

2、听觉皮层中Parvalbumin（PV）+抑制性神经元可以影响超声感知。该研究通过跨物种比较发现PV+抑制性神经元在小蝙蝠和大蝙蝠之间的存在显著差异。光纤钙成像实验表明PV+抑制性神经元对63 kHz超声信号表现出明显的钙信号反应。在小鼠行为学实验中，沉默PV+抑制性神经元会导致小鼠无法感知超声信号。这些结果表明听觉皮层中的PV+抑制神经元与超声感知有关。

3、CPLX1基因（编码complexin-1蛋白）对超声感知至关重要，并在整个听觉环路中发挥作用。该研究发现在听觉皮层PV+抑制性神经元中，小蝙蝠CPLX1表达水平显著高于大蝙蝠。同时，对小鼠Cplx1扰动严重影响其超声感知能力。该研究还发现CPLX1在小蝙蝠的整个听觉环路中发挥作用，但在大蝙蝠中则不然。这些结果表明CPLX1在哺乳动物超声感知中发挥着重要作用。

4、CPLX1基因在具有回声定位能力的小蝙蝠和齿鲸之间呈现趋同进化现象。该研究发现具有回声定位能力的小蝙蝠和齿鲸中CPLX1的第90个氨基酸是丙氨酸（A），而其他哺乳动物物种的是保守的丝氨酸（S）。这一结果表明回声定位哺乳动物之间在进化过程中存在功能适应，并意味着CPLX1不仅是一个重要的超声感知相关基因，而且可能在回声定位中发挥重要作用。

综上所述，该研究通过构建大小蝙蝠高质量的参考基因组和听觉皮层的单细胞图谱，对比不同听力能力蝙蝠物种的听觉皮层表达差异，鉴定了PV+抑制神经元和CPLX1基因在哺乳动物超声感知中的重要作用，揭示超声感知的分子机制，为改善衰老相关听力损失提供线索，也为利用单细胞组学研究特质动物的独特形状提供范例。

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