科技日报记者 罗云鹏
6月19日，记者从华大生命科学研究院获悉，该院与中国科学院昆明动物研究所、辽宁师范大学研究团队联合，构建出首个无颌类脊椎动物全脑时空3D图谱，并通过跨物种比较研究，首次揭示了脊椎动物神经元在演化中“兼职”与“专职”两种不同的模式，为脊椎动物小脑结构的早期起源提供了新的证据。相关研究成果当日发表在《科学》上。
复杂脑结构是脊椎动物区别于无脊椎动物的核心特征，也是动物各类行为与认知功能的基础。但早期脊椎动物原始大脑的形态与细胞组成长期缺乏直接实验证据。七鳃鳗位于脊椎动物演化基部，核心形态长期保守，是研究5亿年前脊椎动物大脑起源最佳的模式动物之一。
研究团队利用华大自主研发时空组学技术Stereo-seq与单细胞建库平台DNBelab C4，通过精准抓取七鳃鳗全脑14个主要脑区、46万多个细胞的空间转录组数据，解析出209种细胞类型和状态，成功构建出首个无颌类脊椎动物全脑时空3D图谱，并建立了七鳃鳗脑高保真、区域特异性的转录图谱。
基于此，研究团队通过对比七鳃鳗与小鼠脑区数据，发现二者在嗅球神经发生、延脑分节及核心细胞类型等关键特征上高度保守，证明脊椎动物共同祖先已具备分区清晰、分子谱复杂的原始脑结构。
结合斑马鱼、爬行类、鸟类及哺乳类等多物种组学数据，研究团队提出神经元演化存在“兼职”与“专职”两套模式。七鳃鳗与斑马鱼富集可同时表达兴奋与抑制标记基因的AEN“兼职”神经元；自有颌类起，功能单一的“专职”神经元逐步成为主体，羊膜动物内AEN大幅衰减，其出现时间与脊椎动物第二轮全基因组复制相吻合。
此外，研究在七鳃鳗小脑样区域鉴定出与鱼类小脑中间神经元同源的细胞群，证实无颌类已存在弥散分布的小脑雏形，为后续有颌类分层小脑的演化奠定基础。
（研究团队供图）
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