不同的家猪品种在胸椎和腰椎数量上高度可变,胸椎与腰椎数量与猪的体长密切相关,是重要的经济性状。长期以来,胸腰椎数量的变异与发育转换机制仍不清楚。由于胸腰椎的体节发生过程对应于早期胚胎发育阶段,对相应的收集与研究存在众多困难,导致这一过程中的基因表达调控机制研究存在诸多挑战。
近期,研究团队通过显微操作,获得受精后27天家猪胚胎胸腰椎连接处的脊椎和肋骨原基单细胞。分析发现,胸椎和腰椎在细胞组成上没有显著差异,均由成骨细胞、成纤维细胞、软骨细胞、基质细胞、造血内皮细胞和间充质干细胞6种类群细胞组成。胸腰椎虽然在单细胞类群组成上并无差异,但在子类群的细胞数量上存在差异。发育拟时间及核糖核酸速率分析发现,胸腰椎发育和肋骨形成主要有两个发育过程,为成骨作用和血管生成。
进一步分析发现,Hoxa10基因在胸腰椎存在差异表达,其在胸椎细胞中几乎不表达,在腰椎细胞中高表达且主要在成骨细胞中表达。研究发现腰椎成骨细胞Hoxa10的高表达主要集中在一个非编码区区域,通过链特异的表达分析发现该基因的高表达,主要来自正链表达,研究人员推测其在胸腰椎转换过程中存在相应作用。
此项研究提供了丰富的数据,有助于其它动物模型的研究,并促进人们对脊椎动物胸腰椎发育转换机制的理解。