研究背景:人类红系分化终末期是红细胞发育成熟的关键阶段,红细胞主要在该阶段启动珠蛋白表达,对该阶段红细胞转录活动的研究有助于深入理解红细胞成熟过程的转录组动态变化以及珠蛋白基因的依赖调控关系。近几年快速发展的单细胞转录组研究技术取得了很大的进展,使得研究者可以深度描述并解析异质性组织的细胞组成和基因特征表达,从而有机会从单个细胞水平探索基因之间的调控关系。然而目前还没有体内来源的骨髓终末期单细胞测序来揭示细胞的异质性组成和珠蛋白基因的依赖调控关系。研究目的:本研究以3例成人骨髓CD235a+细胞为基本材料,实施单细胞RNA测序(scRNA-seq),以探究红系分化终末期的细胞组成和基因表达情况,并在单细胞水平围绕珠蛋白基因构建局部的基因共表达网络以发掘潜在的红系调控因子。结果:经单细胞测序一共获得了 8,668个有效的CD235a+细胞,涵盖了约15,000个转录本。细胞的类型鉴定和拟时间分析表明红细胞终末期分化过程呈连续状态,各个细胞类型的数量为:85个proE细胞,446个basoE细胞,2,185个polyE细胞,5,952 个 orthoE细胞,其中polyE被细分为 transit-polyE、early-polyE、late-polyE,orthoE被细分为early-orthoE和late-orthoE。我们发现,随着红细胞分化的进行,检测到的基因数量减少而珠蛋白含量在增加。通过共表达网络计算,我们鉴定了潜在调控珠蛋白表达的83个基因和38个转录因子。结论:本研究对体内来源的骨髓CD235a+细胞应用单细胞测序技术,(1)将终末期细胞与传统的四分期对应,并将polyE和orthoE细胞进行细分,补充了原有的细胞分期。通过对细胞类型的鉴定与细分,可以更清楚地了解红系终末期发育分化过程,为研究红细胞相关疾病患者血液中含有的各个分化期细胞的比例不同的机制提供依据。(2)获得了终末红系分化不同时期特异表达基因。这些基因将为研究红细胞内珠蛋白的开放表达、核固缩和脱核等过程的分子机制提供基因靶点,进而研究部分红细胞相关疾病的发病机制。(3)基于单细胞基因表达谱推定的拟时间信息,围绕珠蛋白基因构建了珠蛋白调控相关的基因依赖网络,因此揭开了更多与珠蛋白的生成过程相关的基因,为进一步认识红细胞成熟分化过程提供了大量的调控细节,为鉴定和寻找可能的红细胞成熟分化相关的基因提供了新的线索。