《Advanced Science》：Comparative Single-Cell Transcriptomic Atlas Reveals the Genetic Regulation of Reproductive Traits
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本研究构建了首个绵羊与人类生殖及中枢神经系统15个组织的单细胞转录组图谱（涵盖109万个细胞），通过跨物种整合分析揭示71.1%的细胞类型具有保守的转录程序。研究发现下丘脑-垂体-卵巢轴存在UNC5–SLIT–BMP信号级联调控网络，并通过GWAS整合鉴定出BMPR1B、UNC5C、SLIT2等关键生育相关基因。该图谱为解析哺乳动物生殖调控的细胞分子机制提供了重要资源（https://csca.njau.edu.cn/）。
引言
绵羊作为重要农业动物和生殖研究模型，其繁殖性能的遗传基础尚不明确。研究通过构建高分辨率单细胞图谱，旨在回答三个关键问题：生殖性状的跨物种遗传调控保守性、细胞结构的进化保守性，以及如何利用绵羊数据指导人类生殖疾病研究。
跨物种单细胞转录组图谱的构建
研究团队对绵羊15个生殖与CNS组织的316,616个细胞进行单细胞测序，并整合人类13个匹配组织的769,901个细胞，鉴定出76个主要细胞类型。基于15,748个直系同源基因的整合分析显示，54个细胞类型（71.1%）在物种间高度保守。细胞聚类主要按谱系而非组织来源划分，证明转录身份由细胞谱系主导。深度学习模型scPred验证了跨物种细胞类型预测的准确性（AUROC>0.9）。
细胞转录组谱的保守性与多样性
44%的直系同源基因在两种物种相同细胞类型中表达，细胞类型特异性基因（tau值）显著相关（r=0.75）。值得注意的是，脉络丛上皮细胞显示较低跨物种相关性，其中574个基因在绵羊中特异性高表达，富集于突触组织、前脑发育等神经相关功能。保守的细胞类型特异性基因在神经和免疫谱系中尤为突出。
免疫与生殖谱系的细胞异质性
巨噬细胞在12个绵羊组织和10个人类组织中广泛分布，可进一步分为10个亚型。生殖组织（如卵巢、输卵管）表现出更高的免疫熵，提示免疫细胞多样性。精子发生轨迹显示从精原细胞（SPG）经精母细胞（SPC）向精子细胞（SPT）的连续发育过程，CytoTRACE2评分沿伪时间下降表明发育潜能逐渐丧失。颗粒细胞（GC）分析揭示前卵泡细胞向窦卵泡或闭锁卵泡分化的分支轨迹。
跨物种细胞身份的关键调控因子
通过SCENIC分析鉴定出119个保守转录因子调控模块，其中POU3F2（神经元）和IRF8（免疫）等因子在物种间具有保守的调控活性。调控子活性评分（RAS）清晰区分主要细胞类型，物种特异性调控子富集于bHLH、锌指蛋白等TF家族。
绵羊繁殖性状的细胞机制
对2,180只绵羊的GWAS分析鉴定出341个与平均产仔数相关的显著SNP， fine-mapping锁定BMPR1B、UNC5C、SLIT2等候选基因。scPagwas分析显示垂体内分泌细胞和下丘脑神经元是生育相关基因富集的关键细胞类型。CellChat分析揭示HPO轴中UNC5–SLIT–BMP信号级联：GABA能神经元通过FLRT3–UNC5C激活GnRH分泌，SLIT2–ROBO1连接垂体后叶与促性腺激素细胞，BMP6通过BMPR1B–BMPR2促进卵泡发育。
保守细胞程序对人类复杂性状的启示
对41个人类复杂性状的分析表明，绵羊单细胞数据可复现人类GWAS关联。如颗粒细胞与多囊卵巢综合征、滋养层细胞与双胎妊娠、神经元与垂体功能减退症的相关性。男性不育症分析显示精子细胞和支持细胞中多巴胺能突触、GnRH分泌等通路保守富集。帕金森病分析发现皮层投射神经元和垂体内分泌细胞的跨物种关联，RIMS2、MAPK10等基因在两种物种中均位列 trait-relevant 基因前列。
讨论与结论
该研究首次建立了绵羊与人类的系统性单细胞图谱，揭示生殖性状调控在细胞水平和分子通路的深层保守性。发现轴突导向通路作为生育调控的新机制，证明绵羊模型在转化医学中的价值。CSCA资源（
https://csca.njau.edu.cn/）为生殖生物学和精准育种提供了多组学整合分析框架。
