造血是脊椎生物维持生命的基本功能之一,发生在生物体内的每一个瞬间,造血功能产生的细胞也在生物体日常活动中起到至关重要的作用。随着造血的秘密被逐步挖掘出来,越来越多的研究聚焦在如何在体外实现整个造血的过程。这一研究几乎直接等同于能否在体外大批量生产血细胞,大多数的血液相关疾病存在的难题也会因为这个研究的成果迎刃而解。斑马鱼是一种极为常用的模式生物,与其相关的研究覆盖各个方面,在此之前,与斑马鱼造血功能与造血系统相关的研究已有很多,但大多数都是围绕在斑马鱼胚胎时期到幼鱼时期造血系统的形成,对于成年斑马鱼体内主要造血器官头肾的研究相对较少,且在造血的分子机制方面并未有系统且明确的定论。在斑马鱼造血的研究中,内皮造血转化这一过程也十分重要,它揭示了造血系统的起源。随着近年来新型测序技术的出现,对脊椎动物造血的研究有了更进一步的认知,诸如单细胞测序技术,这是一种可以获取每一个细胞中的基因组、转录组及表观组信息的测序技术。利用单细胞测序技术,我可以清楚的认识到生物体内的每一个细胞所扮演的角色以及其行使的功能。本研究以成年斑马鱼的头肾作为研究对象,利用单细胞RNA测序技术,获取成年斑马鱼头肾的细胞图谱,并解析成年斑马鱼头肾中造血功能的行使过程。具体研究结果如下:1.对成年斑马鱼头肾内捕获到的所有细胞进行聚类和细胞注释后,确定了13种细胞群。其中包含造血干细胞、造血祖细胞、1种特殊的淋巴系祖细胞、3种不同时期的红细胞、2种不同时期的中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、单核细胞分化来的巨噬细胞、B淋巴细胞、T淋巴细胞以及内皮细胞。通过基因功能富集,进一步确定了这些细胞类型并发现了它们各自可能行使的功能。2.为了探究成年斑马鱼头肾内造血细胞的分化途径,重新提取了第一步中注释的造血干细胞和造血祖细胞,并将其再次分群聚类,得到了分别向淋巴系、髓系、红系分化趋势的细胞亚群,通过这些细胞亚群与各自相对应的血细胞类型建立的拟时序分析,明确了3个分化方向上的各种细胞出现的先后关系,并且筛选到每个方向上每个分化节点的关键转录因子。进一步分析了在所有细胞中注释到的淋巴系祖细胞和干祖细胞亚群中发现的淋巴方向的祖细胞之间的关系。结果发现,该细胞类型出现的时间几乎与造血干细胞处于同一时期。基于上述发现,推测并绘制了成年斑马鱼头肾中造血细胞到成熟血细胞的分化过程,并在每个分化节点中标记重要的转录因子。3.研究发现在成年斑马鱼头肾内,内皮细胞依旧有分化为造血干细胞的潜力,造血干细胞也保留了一些内皮细胞的特征,但内皮造血转化可能受到了NOTCH通路等因素的抑制。综上,本研究通过单细胞RNA测序技术及生物信息学分析,绘制了斑马鱼头肾完整的细胞图谱,解析了其造血过程,初步分析了造血内皮转化在成年斑马鱼头肾中的可行性。