撰文 | 十一月
责编 | Qi
萼形柱珊瑚
萼形柱珊瑚（Stylophora pistillata）是一种石珊瑚，学名又被称为猫爪俱乐部手指珊瑚（Cat's Paw Club Finger Coral），因其幼虫常常附着到其他生物上顺水漂流，也被称为“流浪珊瑚”。由于全球气候变化、水资源污染等因素，全球的珊瑚种群正在遭受着巨大的危机。因此，了解珊瑚、保护珊瑚成了维持海洋生态多样性必不可少的一环。
2021年4月28日，来自西班牙巴塞罗那理工学院Arnau Sebe´-Pedro´ s以及以色列海法大学Tali Mass研究组在Cell杂志上合作发表题为A stony coral cell atlas illuminates the molecular and cellular basis of coral symbiosis, calcification, and immunity的文章，通过单细胞测序的方式揭开了萼形柱珊瑚生命周期中40多种细胞类型的单细胞RNA-seq图谱，揭开了石珊瑚以及其藻类共生的新陈代谢程序、钙化过程以及免疫的分子和细胞基础。
造礁石珊瑚，是礁石的主要建造者，构成多样化的海洋生态系统，提供了大约四分之一的海洋物种的栖息之地。尽管它们在生态系统的位置很重要，但一直以来大家对于造礁石珊瑚生物学的细胞类型和分子途径知之甚少。为了对萼形柱珊瑚细胞多样性进行研究，作者们对其3个生命阶段的单个细胞中进行取样，3个生命阶段分别是成虫石质群落、开始产生骨骼的初级息肉和非钙化的自由游动的幼虫（图1），所有的研究样品均采集自红海。
图1 萼形柱珊瑚的形态、进化上的位置以及生活周期
在对组织进行机械解离后，作者们利用荧光激活细胞分选将单细胞分选到384孔板中，并使用MARS-seq实验方法制备单细胞测序文库【1】。随后作者对该文库进行了单细胞RNA-seq，并建立了整个组织的细胞类别图谱。进一步地，作者们通过利用Metacell算法【2】对不同的细胞种类进行聚类和分析。总的来说，作者们在成年珊瑚中定义了37种转录不同的细胞类型，在初级珊瑚虫中定义了13种细胞类型，在游动的幼虫中定义了17种细胞类型，其中游动的幼虫中包含了大量未分化的细胞。随后作者们通过原位杂交的方式对不同表达的基因进行了检测，从细胞生物学角度对单细胞测序聚类图谱进行验证。该图谱可以通过珊瑚图谱（https://sebe-lab.shinyapps.io/Stylophora_cell_atlas/）进行访问，以方便大众对于其生活史中不同细胞类型、不同基因表达进行了解。
石珊瑚其中一个独特的细胞特化过程是存在成杯细胞参与钙化过程的进行，碳酸钙骨骼构成了珊瑚礁的矿物基质【3】。该转录图谱揭开了石珊瑚生活史中细胞骨架形成与共生相关的基因表达动态性。另外，珊瑚基因组编码多种可能参与先天免疫反应的基因【4】，但到目前为止，还没有在珊瑚或其他刺胞动物中发现专门的免疫细胞。作者们的单细胞分析结果在萼形柱珊瑚中确定了两种可能具有免疫功能的不同细胞类型。通过基因表达谱的分析，作者们揭示出石珊瑚中存在一种特殊的细胞免疫系统，并且对石珊瑚免疫功能相关的基因表达程序进行了揭示。结果说明，石珊瑚中存在保守的免疫应答转录因子，暗示了与动物免疫应答相似的、保守的转录程序的存在。
图2 工作模型
总的来说，该工作揭示了石珊瑚中细胞类型的多样性，加深了我们对珊瑚礁形成过程中分子途径和调控程序的理解。同时，该工作使得科学家对于萼形柱珊瑚系统发育过程有了更进一步的了解（图2）。目前，单细胞转录组学已成为探索非传统模型动物物种细胞类型多样性的有力工具，这些结果将为生物多样性保护提供重要助力。保护地球就是在保护我们人类自己。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.04.005
参考文献
1. Keren-Shaul, H. et al. MARS-seq2.0: an experimental and analytical pipeline for
indexed sorting combined with single-cell RNA sequencing. Nature protocols 14, 1841-
1862, doi:10.1038/s41596-019-0164-4 (2019).
2. Baran, Y. et al. MetaCell: analysis of single-cell RNA-seq data using K-nn graph partitions. Genome biology 20, 206, doi:10.1186/s13059-019-1812-2 (2019).
3. Drake, J. L. et al. How corals made rocks through the ages. Global change biology 26, 31-53, doi:10.1111/gcb.14912 (2020).
4. van Oppen, M. J. H. & Medina, M. Coral evolutionary responses to microbial symbioses. Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences 375, 20190591, doi:10.1098/rstb.2019.0591 (2020).