前沿热点 | 关于对西工大王文教授团队连续发表4篇Science高水平论文的思考

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2023-04-14 17:05

近期，西北工业大学生态环境学院王文教授团队、空军军医大学西京医院黄景辉教授团队、长春科技学院李春义教授团队与吉林农业大学李志鹏教授团队联合通讯，在Science上在线发表了最新研究成果，研究者们首次在鹿角中发现了具有强大再生潜力的干细胞群(https://www.science.org/doi/10.1126/science.add0488)。证实哺乳动物在很大程度上失去再生附属物或器官的能力，而鹿角是例外！

早在2019年，西北工业大学王文教授及其合作者在Science上连发三篇研究论文，并登上杂志封面，详细阐明了反刍动物的适应性进化机制，其中有一篇文章也涉及鹿角生长特征遗传基础研究(https://www.science.org/doi/10.1126/science.aav6312)。

延伸思考

开展基础研究工作要紧跟重要学术前沿

比如CNS重要研究发现，短时间可能碰壁和不成功，制定长期科研计划，随时关注科研动态，定能取得满意和自身认可的研究成果。比如：动物器官再生、器官损伤修复、干细胞再生潜能等等很早就是各国科研工作者科研角逐的热点和重点，王文老师团队通过连续多年对44种反刍动物研究后，候选了鹿茸再生过程这一特点进行了研究，才取得了这一系列成果。

很多重要的研究进展

需要各个团队的不懈努力和精诚合作

比如：这四项高水平的研究涉及不同科研单位和团队：西北工业大学、空军军医大学、西北农林科技大学、吉林农业大学、中国农业科学院特产研究所、中科院昆明动物研究所、丹麦哥本哈根大学等等。

不难看出，有些单位生物信息学研究比较有优势，比如：西北工业大学和丹麦哥本哈根大学；有些单位动物生物学研究比较有优势，比如：西北农林科技大学和中科院昆明动物研究所；有些单位特色动物研究比较有优势，比如：中国农业科学院特产研究所、吉林农业大学、中科院昆明动物研究所；医学研究很显然空军军医大学比较有优势。

植物上的研究也是一样的，拟南芥CENH3基因自2010年被报道以后，便迅速引起了科学家们的研究热潮，已有的研究报道表明，通过突变该基因，在拟南芥中可以产生约30％的种内亲本单倍体诱导。然而虽然CENH3的功能在各个物种中保守存在，但是，令人失望的是，众多科学家花费了巨大的努力尝试在其它作物上重复拟南芥上的研究，但都没有获得成功。面对如此困境，科学家们仍然没有放弃对它的研究，经过各国科学家的不懈努力，近几年在作物研究才终于取得了一系列CNS的进展。

很多重要发现需要新技术才能突破瓶颈

比如：同时敲除几个基因需要强大的基因编辑技术，也就是近期张锋团队和2020年诺贝尔化学奖得主 Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier为代表的 CVC 团队专利竞争的CRISPR技术；组装高质量的基因组用到了最新的 Pacific Biosciences PacBio 和Oxford Nanopore 测序技术；揭示鹿茸再生的详细细胞和分子机制涉及单细胞转录组和代谢组技术等。

做科研需要耐得住寂寞

同时也要有竞争意识

科研科学虽然没有国界，但是科学家有国籍。面对困境，科学家们需要敢做冷板凳，不放弃重要方向的研究，经过不懈努力，才会陆续取得了一些重要的进展。为国争光，占领科研热点高地，不辜负纳税人提供的经费！最后，祝科研工作者都能取得重要的科研成果！

文章题目

A population of stem cells with strong regenerative potential discovered in

第一作者：Wei Wang, Hanxian Xiong

通讯作者：Wen Wang, Jinghui Huang, Chunyi Li, Qiang Qiu, Zhipeng Li

通讯单位：西北工业大学、空军军医大学、长春科技学院和吉林农业大学联合通讯

杂志：Science

影响因子：63.714/Q1

文章链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.add0488

研究背景

哺乳动物很大程度上丧失了再生附属物或器官的能力，但反刍动物鹿是一个例外。对于动物“再生”的研究一直是国内外研究者们广泛关注的重点课题。而鹿角每年再生这一周期性特性为哺乳动物器官再生研究提供了非常重要的参考价值。之前研究中发现了一些与鹿角快速生长相关的正向选择基因与高表达基因等信息，但目前对于鹿角再生过程中细胞分子机制还不甚清楚。

技术方案

单细胞转录组测序(scRNA-seq)

体内及体外实验联合功能分析

研究意义

研究人员构建了鹿角再生综合细胞图谱，系统阐明了鹿角再生和快速生长的细胞分子机制，为哺乳动物再生能力的研究提供了新的见解，同时也为哺乳动物骨骼修复再生提供了新的科学依据。

▲鹿角脱落后再生示意图（图片来源于西工大官网）

鹿角每年都会脱落，随后又再长出新的。鹿角再生涉及基于干细胞的再生过程，研究人员利用单细胞转录组学构建了鹿角再生的综合细胞图谱，在鹿角再生过程的各个阶段中都对其进行单细胞RNA测序分析。

最早阶段的鹿角启动细胞是表达配对相关同源盒子1基因的间充质细胞(PRRX1+间充质细胞)。研究者还鉴定了由PRRX1+间充质细胞发育而来的“鹿角母细胞祖细胞”(ABPCs)，并指导鹿角再生过程。

▲AGC和小鼠胚胎肢体共享高表达基因的机理图

跨物种比较分析发现，还有几种哺乳动物胚细胞中存在ABPCs，其在体内和体外均表现出较强的自我更新能力，并能生成骨软骨谱系细胞。其中一种哺乳动物则是小鼠，其具有类似ABPCs，但在非哺乳动物物种中并没有类似细胞。

▲ABPCs可能是哺乳动物附肢再生中发挥重要作用的细胞群

最后，研究者观察到鹿角生长中心在生长高峰阶段的细胞和基因表达在空间上结构良好，揭示了鹿角再生及快速生长的细胞机制。

深耕才结硕果香

研究者们对反刍动物进行了大规模基因组测序，通过分析44种反刍动物的从头组装基因组数据（来自于六个家族），创建了全新系统发育树，揭示了反刍动物进化相关基因及调节元件，为反刍动物和哺乳动物生物学进化及特性研究提供了宝贵的资源和见解。

▲反刍动物系统发育和性状进化

文章链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aav6202

驯鹿是一种具有独特生物学特征的北极物种，其潜在遗传基础仍有待探究。研究者将驯鹿基因组与其他反刍动物和非反刍哺乳动物基因组进行了比较，揭示了北极驯鹿轻度心律失常、高维生素D代谢效率、雌性鹿角生长特征遗传基础。

▲驯鹿生物适应性特征

文章链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aav6312

反刍动物是唯一现存有头带(PWH)的哺乳动物。研究者从牛科和鹿科动物中获得了221个转录组，并对三个基因组进行了测序，这三个基因组代表了仅有的两个聚合缺乏头带的pecoran谱系。比较分析表明，牛角和鹿角具有相似基因表达谱和共同的由神经嵴干细胞发展而来的细胞基础，鹿角组织的快速再生特性有助于肿瘤遗传途径的探索，特别是大量的抑癌基因。研究结果为反刍动物头带进化起源以及哺乳动物器官再生和肿瘤发生提供了深入的见解。