近日，中国科学院昆明动物研究所王明山团队在学术期刊PNAS在线发表题为From wild to domestic: Single-cell transcriptomic perspectives on hippocampal regulation and evolution的研究论文。该研究结合运用用单细胞转录组测序、多组学整合、机器学习及细胞分子实验等多种技术手段，系统解析了鸟类海马的细胞组成及其演化特征，揭示了海马神经发生及其调控程序在鸟类大脑演化中的潜在作用，为理解鸟类大脑结构、神经发生和行为适应的演化提供了新的视角。

海马作为脊椎动物大脑中参与学习、记忆和应激调控的重要区域，其细胞构成在鸟类中尚缺乏系统认知，尤其对于这些细胞类型在演化过程中的起源与变迁，仍缺乏系统认识。研究团队首先利用单核RNA测序技术，对鸡海马进行高分辨率解析，构建了鸟类海马单细胞转录组图谱。在此基础上，通过与哺乳动物等脊椎动物进行跨物种比较，研究发现，海马的基本细胞组成可能起源于羊膜动物共同祖先，而在此后的鸟类演化过程中，不同细胞群及其转录特征发生了进一步重塑。这一结果表明，鸟类与哺乳动物虽然在脑结构和行为上表现出显著差异，但其海马仍具有深层的细胞保守性。同时，鸟类谱系特有的细胞组成和分子特征，也反映了大脑在长期演化过程中对不同生态环境和行为需求的适应性重塑。

成年动物是否存在神经发生，一直是神经科学领域备受关注的重要问题之一。尽管已知哺乳动物海马内存在神经祖细胞，并经历神经元前体细胞及中间祖细胞等多个发育阶段，但成年鸟类海马是否具备类似神经发生细胞谱系，长久以来缺乏直接的细胞与分子证据。研究中，团队在成年鸡海马中成功鉴定出一系列神经祖细胞群体，包括神经元前体细胞（Pre）和中间祖细胞（IPCs，可进一步分为IPC1和IPC2亚型），并明确这些细胞具有特异分子标志及连续分化轨迹。结合实验验证，研究进一步表明，成年海马神经发生相关细胞并非鸡所特有，而可能广泛分布于不同鸟类类群中。这一发现提示，成年海马神经发生或许是鸟类神经系统中一项比既往认知更为广泛且保守的生物学特征，也为鸟类学习、记忆和行为可塑性的细胞基础研究开辟了新方向。

在明确海马细胞组成的基础上，研究团队进一步将单细胞转录组数据与群体基因组数据相结合，以鸡的驯化过程为切入点，探讨人工选择如何重塑大脑的结构和功能。研究发现，与神经祖细胞状态及细胞标志基因相关的基因中存在明显的人工选择信号。这些基因涉及神经发生、神经分化以及应激和恐惧反应等多个重要生物学过程，提示神经发生相关的细胞和分子程序可能不仅参与个体发育和脑功能维持，也可能受到长期自然选择和行为适应的影响。其中，研究团队鉴定到了FKBP5启动子区域的选择信号，并进一步通过行为实验发现FKBP5对应激响应具有重要作用。这些发现提示，神经祖细胞相关的调控网络可能与鸟类应激反应和行为表型的演化存在联系。同时，这些发现表明，驯化并非简单地导致动物认知能力的“退化”，而是可能通过强化神经可塑性，促进个体在人工环境中的适应力与生存表现。

该研究通过建立鸟类海马高分辨率细胞图谱，并结合跨物种比较和群体基因组学分析，揭示了海马细胞组成从祖先状态到鸟类谱系特化的演化过程，同时发现成年海马神经发生相关细胞可能在鸟类中具有较为广泛的保守性。研究还将神经发生相关细胞程序与基因组选择信号及应激调控联系起来，为从细胞和分子层面研究鸟类大脑结构、神经可塑性与行为演化建立了新的框架，也为回答“驯化如何作用于动物大脑结构与功能”这一长期争论提供了重要线索。

昆明动物所助理研究员胡丽蓉、广州国家实验室副研究员王运梅、昆明动物所博士研究生谢竞仪为该论文的共同第一作者；昆明动物所研究员王明山、耶鲁大学医学院博士后李明丽、广州国家实验室副研究员王运梅为共同通讯作者。伊朗科学院院士、教授Ali Esmailizadeh，广西大学教授陆阳清，安徽农业大学副教授郭兴等也参与了此项工作。该研究获得了国家重点研发计划、云南省基础研究项目及云南省人才支持项目等的资助。

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2602503123

图1. 海马细胞转录组的跨物种比较

图2. 成年鸟类海马存在神经发生

图3. FKBP5基因与应激反应密切相关