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仿刺参（Apostichopus japonicus）隶属棘皮动物门海参纲,从石灰环到泄殖孔的体壁和消化道之间有很大的空腔,称为体腔,体腔内部充满体腔液和体腔细胞;仿刺参还具有复杂的水管系统,其内和体腔一样充满体腔液和体腔细胞,体腔和水管系统是储存体腔细胞的主要场所。前人通过细胞形态观察及活细胞计数手段比较了仿刺参水管系统与体腔内体腔细胞之间的异同,发现两部位体腔细胞种类相同,但亚群比例明显不同。为进一步探究仿刺参水管系统与体腔的关联性及两部位体腔细胞组成和功能差异,本文首先利用多种物质进行仿刺参体腔注射,通过检测注射物在体腔和水管系统（以波里氏囊为代表）内的分布,分析刺参水管系统与体腔间连通性问题。之后,利用单细胞测序技术对正常仿刺参体腔和水管系统（以波里氏囊为代表）内体腔细胞进行深入分析,探究仿刺参体腔细胞的亚群组成,同时根据细胞亚群间的差异基因并结合GO和KEGG富集分析对各亚群体腔细胞的功能进行挖掘。最后,通过仿刺参体腔和水管系统内体腔细胞的单细胞测序数据进行两部位体腔细胞的差异分析,以探究两者在细胞亚群组成及功能方面的异同。利用多种物质进行仿刺参体腔注射,通过检测注射物在体腔和水管系统（以波里氏囊为代表）内的分布,结果表明:甜菜红注射后6 h,体腔液和波里氏囊腔液（简称“囊腔液”）均被着色;GST标签蛋白注射后6 h和12 h,体腔液中可检测到大量外源蛋白,囊腔液中也有外源蛋白存在;荧光微球注射后6 h和12 h,体腔液中可观察到大量荧光微球分布,而囊腔液中未发现;大肠杆菌和灿烂弧菌注射后6、12、24和72 h,体腔液中均发现有大量细菌分布,而囊腔液中未分离到细菌。综上,本研究表明仿刺参水管系统和体腔间并非无限畅通,小分子和生物大分子等可溶性物质可以流通于体腔和水管系统之间,但外源颗粒物和细菌则不能通过体腔进入水管系统。分别取仿刺参体腔和水管系统（以波里氏囊为代表）内体腔细胞,应用10×Genomics单细胞转录组测序技术对每个细胞基因表达谱数据进行细胞类型聚类,共采集到体腔（CC）和水管系统（PC）内体腔细胞14359个,经分析,体腔和水管系统内体腔细胞在亚群组成方面基本一致,均聚类到19个细胞亚群,其占比分别为36.03%（Cluster 0）、15.19%（Cluster1）、11.89%（Cluster 2）、8.49%（Cluster 3）、4.23%（Cluster 4）、6.60%（Cluster 5）、4.19%（Cluster 6）、3.74%（Cluster 7）、3.70%（Cluster 8）、0.77%（Cluster 9）、0.27%（Cluster 10）、1.10%（Cluster 11）、1.05%（Cluster 12）、0.92%（Cluster 13）、0.73%（Cluster 14）、0.42%（Cluster 15）、0.39%（Cluster 16）、0.14%（Cluster 17）、0.15%（Cluster 18）。对19个亚群进行功能分析,发现其中大多数亚群的功能并没有聚焦到某种单一的功能上,如Cluster 0参与抗感染免疫作用、细胞迁移和黏附等;Cluster 1参与调控细胞成分生物发生、细胞骨架重构等;Cluster 5与调控遗传物质复制、细胞增殖相关;Cluster 10与生殖细胞发生和细胞迁移相关;Cluster 15参与调控了细胞的增殖与应激反应等、Cluster 17与免疫应答和细胞代谢相关等等。除此之外,我们进一步的分析发现了三个功能较为特异的细胞亚群,分别为Cluster 4、9、14,经过KEGG和GO富集分析发现Cluster4参与调控体腔细胞的生长和代谢;Cluster 9参与机体受到细菌、氧化应激等外来刺激胁迫时的免疫应答反应;Cluster 14主要负责细胞骨架的重排及体腔细胞的趋化迁移。基于仿刺参体腔和水管系统内体腔细胞的单细胞测序数据进行组间差异分析,结果显示,两个部位同一亚群细胞比例存在明显差异,其中,CC组高于PC组的亚群有Cluster 1、2、7、8、10、13、14、15、16,差异倍数各有不同,主要介于1倍到8倍;PC组高于CC组细胞比例的亚群有Cluster0、3、4、5、6、9、11、12、17,相差倍数从1倍到6倍不等。对两个部位同一亚群间体腔细胞的基因表达差异分析显示,亚群差异表达基因数分别为790（Cluster 0）、734（Cluster 1）、538（Cluster 2）、734（Cluster 3）、165（Cluster4）、203（Cluster 5）、229（Cluster 6）、190（Cluster 7）、241（Cluster 8）、66（Cluster13）,而在Cluster 10、11、15、17、18、9、12、15这8个细胞亚群中没有或者仅仅发现1个差异基因。同时,我们筛选出体腔和水管系统中细胞比例变化大且差异基因较多的细胞亚群（Cluster 2、5）,借助分析软件筛选到Cluster 2中差异基因C3、Klkb1、Gene00085等在PC组中相对CC组显著上调,Cluster 5中差异基因C3、Gene00085、ITGA8、mmp18等在PC组中相对CC组显著上调,同时结合差异基因的GO注释和KEGG富集分析,综合判断到Cluster 2、5两个亚群在两个部位之间功能具有显著的差异,它们在水管系统中可以更多的行使免疫相关过程。在功能方面主要负责在补体旁路激活途径中的作用,同时还可通过促进细胞生长和迁移发挥创伤修复作用,但这两个亚群上述功能在体腔内体腔细胞表现不显著。除此之外,Cluster 2还存在与吞噬相关免疫功能。其它组间细胞比例相差较小或差异基因较少的细胞亚群,未能聚焦到一个或几个功能上,这可能是由于体腔和水管系统内体腔细胞比例的不同导致了亚群功能的差异。本文研究结果对进一步解读仿刺参体腔细胞的精细分类及功能阐释提供了基础,对揭示仿刺参体腔和水管系统的连通性及两部位体腔细胞功能的异同提供了重要参考。