发表期刊： Nature Ecology & Evolution
if：16.8 出版时间：2023doi号：101038/s41559-023-02186-7背景：
据推测，人类认知功能的增强是由于皮质扩张和细胞多样性增加。 然而，驱动这些表型创新的机制仍然知之甚少，部分原因是缺乏人类和非人类灵长类动物的高质量细胞分辨率数据。 LINN Biotech推出了一款尖端产品单细胞核转录组测序科技可以准确获得每个细胞的表达谱。 通过这科技可以揭示细胞异质性发现新的亚型，研究细胞发育和分化过程，探索细胞类型和功能这对于深入了解样品中细胞之间的分型和相互作用具有深远的意义。
实验设计思维
通过单细胞核转录组学（SNRNA-seq）分析从5种灵长类动物（人、黑猩猩、大猩猩、猕猴和狨猴）的3-7个供体大脑中分离的中颞回（MTG）样本，将其与脑计划细胞普查网络（BICCN）数据库**进行比较，生成MTGs的高分辨率转录本，鉴定了57种同源细胞类型，并生成了细胞类型特异性基因共表达网络进行比较分析。
图1 实验设计概述示意图。
发现：
一、灵长类动物MTG分类共识
共有574156个细胞核通过了质量控制（图2A），每个物种的细胞分为三类（非神经元、兴奋性和抑制性神经元）和24个亚类。 同时，作者确定了物种内和物种之间具有高度相似转录特征的细胞类型。 作者应用元邻居来识别物种之间高度可复制的簇，形成一个初始的共识细胞类型池，然后将每个模糊匹配的簇分配给一个包含大多数转录相似细胞簇的共同细胞类型（图2C），所有灵长类动物共享86个跨物种簇中的57个。 作者将这些共享簇称为同源细胞类型，它们包含来自每个物种的80%以上的簇（图2D）。
图2 5种灵长类动物的同源细胞类型。
2. 描述灵长类动物的基因表达模式
根据转录组相似性对57种同源细胞类型进行分层聚类（图3A），观察到细胞类型之间的分层关系大致反映了它们的发育起源。 作者使用对 57 种匹配细胞类型计算的表达记录分数来测量不同物种的基因功能保守性。 结果发现，直系同源基因在不同细胞类型中表现出高度相似的表达变异模式，并且在整个系统发育学中高度保守。 同种异体在灵长类动物中具有可重复的转录特征，并且同种异体在不同物种中表现出相似的表达谱（图3F）。 
图3：同源基因在灵长类动物中具有保守的表达谱。
3.使用共表达来评估保守的基因活性通过量化物种间基因共表达邻居的相似性，可以评估共转录模式下调控机制的保守性，作者构建了5种灵长类动物的基因共表达网络（图4A），观察到灵长类动物的基因共表达区域高度保守（图4B），揭示了灵长类动物MTG区域高度保守的细胞结构。 与表达谱相似性类似，作者发现共表达邻域相似性也与灵长类动物的系统发育有关。 作者通过聚合来自GEMMA数据库的批量人脑数据集生成了人脑共表达网络（图4C），揭示了不同细胞类型分辨率水平下基因功能的保守性（图4C）。 这表明，对单细胞和大量转录组数据的综合分析有可能揭示隐藏在新表达谱基础上的人类谱系的微妙调控变化。
图 4：共表达保守主义用于表征调控过程。
4 在人类中特异性表达的候选基因作者对高分辨率单核和批量转录组数据的综合分析可以将不同细胞类型的表达特异性与不同物种之间共表达邻居的相似性结合起来，以检测进化背景下的人类特异性调控变异。 作者鉴定出具有潜在人类特异性共表达模式的基因（图5A）。 选择了低 Expressolog 分数 （AUROC 0.）55） – 这 3383 个基因在人类、非人灵长类动物或所有灵长类动物中表现出不同的表达谱。作者在单细胞和批量转录组数据中鉴定出139个具有一致人类特异性功能差异的基因，这与跨物种进化保守主义一致。
最后，作者试图评估139个人类基因的遗传特征，这些基因可能与人类的特定功能差异有关。 这些观察结果表明，不同的基因主要在相对宽松的进化约束下进化，少数基因在正选择下获得新的调控性状（如HARS）。 
图5 对单核和批量转录组数据的综合分析，鉴定出具有人类特异性调控差异的基因。
研究结论
人类和四种非人灵长类动物 MTG 的单核转录组学分析为鉴定灵长类动物保守细胞身份的核心转录特征提供了前所未有的机会，并分离出与人类谱系中细胞多样性和性状进化相关的人类特异性转录特征。
引用
suresh h, et al. comparative single-cell transcriptomic analysis of primate brains highlights human-specific regulatory evolution. nature ecology & evolution ,2023.