转自：科创中国

　　驴，作为一种特色家畜，浑身都是宝：驴肉宜食用，驴皮可熬制阿胶，驴骨能入药，驴奶、驴鬃、驴油等也各有用处。然而，尽管驴产品价值高，驴种质资源保护和驴产业发展却面临重重困难。

　　日前，青岛农业大学联合内蒙古大学在国际期刊《先进科学》上发表了全球首个德州驴全身组织单细胞转录组图谱，首次从单细胞层面揭示了德州驴全身组织细胞的转录特征。这不仅为驴种质资源保护与创新利用提供了科学依据，也为阿胶原料及其产品的精确鉴别提供了可靠的分子靶标。

　　首次将单细胞组学技术应用于驴研究

　　数据显示，全球已记录驴品种有178个。然而，由于近亲繁殖等原因，约25%的驴品种正面临灭绝的威胁。

　　为推动驴种质资源保护和创新性利用，2022年，青岛农业大学驴全身单细胞转录组图谱研究团队以德州驴为样本，借助单细胞转录组技术深入研究该驴种全身细胞的转录特性。

　　“当时单细胞转录组技术刚刚兴起，主要应用于人类、小鼠和其他模式动物研究，在驴研究的应用方面仍然是空白。我们尝试突破这一现状，将这项新技术应用于驴表型精准鉴定。”青岛农业大学驴全身单细胞转录组图谱研究团队主要成员、青岛农业大学动物科技学院教授王俊杰说。

　　想要研究细胞，首先需要采样。2023年，研究团队来到位于山东省滨州市无棣县的一处国家级德州驴保种场——山东俊驰驴业有限公司进行采样，顺利获取一公一母两头德州驴的心脏、皮肤等20种组织，共计40个样本。

　　然而，在测序阶段，研究团队遇到了困难。“单细胞测序对细胞活性要求极高，当时我们对部分特殊驴组织的解离经验不足，导致实验后期部分组织因解离时间过长，细胞活性无法满足建库要求，最终不得不废弃。”王俊杰告诉记者，为了保障数据质量，团队又再次前往保种场采集样品，进行数据补测。最终，他们拿到了275050个高质量细胞，涵盖84种细胞类型，包括稀有的浦肯野细胞和肠内分泌细胞。在此基础上，团队系统构建了德州驴20种组织的单细胞转录图谱。

　　驴的单细胞研究在国际上较为罕见，该团队在数据分析过程中缺乏可参考的比对数据。他们另辟蹊径，通过单细胞转录组数据集预测不同细胞的代谢活性。

　　“我们揭示了驴各器官系统的功能基因调控网络，确定了GATA6和OLIG2分别作为维持消化系统和神经系统功能的关键转录因子。”王俊杰说，团队还系统推断了细胞类型和组织特异性转录因子调控网络，揭示了多个组织特异性转录因子模块。

　　此外，团队还建立了驴单细胞转录图谱在线数据库，以期进一步推动驴相关研究领域的快速发展。

　　开辟驴种质资源保护新思路

　　“驴受胎率低、单胎妊娠且妊娠周期长、繁殖难度大。而且，驴的生长周期较长，幼驴长到成年需要大约三年时间，远长于猪等家畜的生长周期。养殖成本高导致养殖效益不佳、养殖户积极性受挫，这是制约驴产业产能提升的关键因素。”王俊杰说，如何在保护与发展间寻得平衡，成为一项紧迫课题。

　　在我国，本土驴种养殖数量从2011年的485万头急剧下降至2023年的146万头。为加大对本土驴种质资源的保护力度，我国建立了2个国家级保护区、7个国家级保种场以及21个省级保种场。

　　而此次团队的研究成果也为德州驴种质资源保护提供科学依据。王俊杰说，传统的表型育种主要依赖于对表型的观察和选择，通常需要历经多个世代的筛选才能确定具有优良性状的个体。这种方法周期长，且容易受到环境因素的影响，导致育种效果不稳定。相比之下，现代基因组选择和分子标记辅助选择可以同时实现对多个复杂性状的选育。然而，精准的性状改良有赖于对表型性状准确的认知，包括遗传基础和生理调控方面。

　　一方面，研究团队正积极开展德州驴重要经济性状的基因组解析。目前，团队已筛选到许多与目标性状显著关联的候选位点。另一方面，团队基于单细胞转录组图谱的研究，可以更精确地了解驴生长、繁殖等重要经济性状的分子调控机制。“这有助于驴经济性状功能基因的挖掘和分子标记的鉴定，为加快实现驴早期选育奠定基础。”王俊杰说，相信在不久的将来，在幼驴出生后不久，便可依据分子标记判断其是否适合留种，这将大大缩短育种周期，提高育种效率并降低成本。

　　基于该研究，团队还提出分子水平的种质资源保护理念，不仅包括德州驴的DNA和细胞，还可以对德州驴全身组织细胞的RNA文库进行保存，为未来可能的种群复原和遗传改良保留珍贵的遗传资源。

　　“除了传统的保种场保护方式外，该研究为德州驴分子水平的种质资源保护提供了重要的数据支持。”王俊杰说，这项研究全面推动了驴种质资源保护与精准育种研究从群体水平向单细胞水平的跨越。

　　助力阿胶产业突破资源瓶颈

　　近年来，随着消费者对健康养生和传统中医药产品需求的提升，中国阿胶行业的市场规模稳步增长。阿胶主要以驴皮为原料，驴存栏数量的相对减少导致驴皮供不应求。

　　“中国阿胶年产量达6000吨，需消耗驴皮约120万张，而国内驴皮供应仅能满足总需求的30%。”青岛农业大学动物科技学院院长、山东省高校动物生殖与种质创新重点实验室主任沈伟说。

　　基于阿胶产业发展需求的考虑，青岛农业大学驴全身单细胞转录组图谱研究团队在研究过程中，有针对性地对驴皮组织做了特殊分析，从细胞分子层面解析了驴皮独特药用价值的生物学本质。

　　通过跨物种和跨组织的比较分析，研究团队揭示了驴皮脂细胞在能量和脂质代谢中的独特基因表达模式，并鉴定出PON3为驴皮脂细胞的特异性标记基因。此外，研究还进一步发现了驴皮中花生四烯酸等高含量代谢物的积累特征，提示这些代谢物可能与驴皮的药用价值存在潜在关联。

　　“在研究过程中，我们发现了驴皮的代谢模式与其它动物的皮肤组织有着显著差异。”王俊杰说，驴皮有特殊的分子标记，因此可以通过分子水平检测去鉴定市面上驴皮的真假。

　　随着科技的飞速发展，合成生物学和人工智能技术逐渐渗透到生命科学研究的各个领域。研究团队设想，未来或许能够借助这些前沿技术，实现人工合成驴皮，助力阿胶产业突破资源瓶颈，解决驴产业发展与种质资源保护之间的矛盾。

　　然而，研究团队也清楚认识到，实现这一目标面临诸多挑战。“将基础研究成果转化为实际应用，还需克服技术转化、成本效益平衡、伦理法规等一系列难题。但团队将持续深入研究，不断探索新技术、新方法，逐步攻克这些难关。”王俊杰说。

（来源:科技日报 作者: 宋迎迎 薛春燕）