摘要
模式生物在揭示生物学现象机制中具有极高的应用价值，其与人类之间的进化距离使得不同的模式生物应用范围不同，非人灵长类模式生物的繁殖周期和寿命相对较长，基因组和早期胚胎发育与人类具有高度相似性，使得非人灵长类在研究人类疾病和制定临床前治疗策略时具有更高的价值，因此构建非人灵长类全器官多组学图谱有助于研究人员更全面的了解人类。然而现阶段通量、成本等因素限制了单细胞组学技术的广泛应用，亟需开发出一系列单细胞组学测序技术助力模式生物图谱研究。 本课题的第一部分开发了一种高通量的单细胞染色质开放性技术(Single-cell sequencing assay for Transposase-accessible chromatin, scATAC-seq)，并绘制了成年大鼠30种组织器官的群体水平和单细胞水平染色质开放性图谱，验证了开发的scATAC-seq技术具有很好的应用潜力。课题的第二部分对非人灵长类模式生物食蟹猴的46种组织染色质开放性图谱进行了研究，旨在为后续基于食蟹猴和人的科学研究（如疾病、发育、衰老等生物学现象）奠定基础。课题的主要研究结果如下: (1)成功开发了一种高通量、高灵敏度的scATAC-seq技术，并进行了技术质量评估，验证了技术的应用潜力; (2)首次绘制了综合性的成年大鼠组织器官群体水平和单细胞水平染色质开放性图谱，并完成了组织特异性的信息解读; (3)采集了46种食蟹猴组织样本进行后续建库测序，获得了1，206，818个单细胞，构建了第一个非人灵长类模式生物的单细胞表观组学图谱; (4)通过分析，发现scATAC-seq数据与scRNA-seq数据一样，根据每个细胞的基因活性值，可以对不同细胞类型进行准确鉴定，完成了46种组织包含的细胞类型的鉴定和注释，并从所有组织单细胞数据中鉴定出81种细胞类型; (5)找到了每种细胞类型特异性的调控元件，并进一步预测了每种细胞类型特异的转录因子结合; (6)通过比较分析不同组织中的细胞类型，发现了每种组织的特征细胞类型和共有细胞类型，并进一步鉴定了共有细胞类型在不同组织中的差异调控元件; (7)通过整合单细胞转录组和表观组数据，确定了食蟹猴肾脏中潜在的干细胞群，并进一步预测了干细胞相关的Wnt通路的信号传导过程; (8)通过将人类GWAS数据库中与人类性状和疾病相关的SNP位点映射到食蟹猴基因组细胞类型特异的Peak区域，找到了与人类性状和疾病密切相关的细胞类型，为后续这些性状和疾病发生机制研究及治疗提供了潜在的靶点。 综上所述，本研究通过结合课题组研究优势，开发出了高通量的scATAC-seq技术，并将该技术应用到模式生物图谱研究中，构建了第一个食蟹猴全器官染色质开放性图谱，鉴定出食蟹猴特异的潜在干细胞群，对基于模式生物研究人类健康与疾病有着重要的意义。
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