中国海洋大学大生命学科首次在Science（《科学》）正刊以Research article形式发表研究成果！

近日，由中国海洋大学牵头，联合青岛市妇女儿童医院、广东省人民医院、辽宁师范大学、青岛华大生命科学研究院，以及美国哈佛医学院波士顿儿童医院、法国艾克斯-马赛大学发育生物学研究所等国际研究团队发起的“心脏演化图谱（HEART；Heart Evolution Atlas: a Repertoire across Tree-of-life）”大科学计划取得重要进展，研究成果在Science（《科学》）期刊上以First Release形式在线发表了题为“Spatially resolved single-cell atlas reveals the macroevolutionary trajectory of animal hearts”（空间分辨单细胞图谱揭示动物心脏的宏观演化蓝图）的研究论文。这是中国海洋大学大生命学科首次在Science（《科学》）正刊以Research article形式发表研究成果，标志着学校在生命科学基础生物学前沿领域取得了具有里程碑意义的重大突破。

心脏是复杂动物生命崛起历程中的关键演化创新之一。长期以来，心脏研究高度集中于斑马鱼、小鼠等少数模式动物及人类自身，而对占动物界绝大多数的节肢动物、软体动物及原索动物等类群知之甚少。事实上，非模式动物身处生命之树的关键演化节点，承载着心脏从简单管状结构到复杂腔室器官的丰富过渡形态，同时许多类群还拥有惊人的心脏再生能力，具有不可替代的研究价值。然而，受限于非模式物种心脏研究中的诸多技术与方法瓶颈，心脏多样性的细胞与分子基础、其深层演化起源，以及跨动物门类的趋同与趋异演化模式等问题，至今仍悬而未决。

为突破这一瓶颈，研究团队通过创新优化技术方法以克服相关挑战，选取两侧对称动物27个代表性物种的成体心脏，整合比较基因组学、Bulk转录组学、单细胞转录组学和空间转录组学四大维度数据，构建了跨动物界的心脏分子演化全景图谱。研究范围横跨原口动物与后口动物两大支系，囊括心脏形态演化的完整谱系，涵盖管状（蠕动型与搏动型）、两腔室、三腔室及四腔室等多种结构类型，样本覆盖水生、两栖及陆生等多样生态类型。该研究贡献了迄今为止物种覆盖度最广、演化跨度最大的成体心脏多维转录组数据集，并建立了开放共享的数据库HEART（https://db.genomics.cn/stomics/heart/），为整个科学共同体提供了重要的动物心脏研究资源与平台支撑。

研究揭示，动物“原始心脏”的分子蓝图可追溯至两侧对称动物祖先，并遵循“核心基因工具包→逐步叠加”的宏观演化策略。心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞与神经细胞是两侧对称动物“原始心脏”的四大保守细胞基石，且心肌细胞的遗传重塑是动物心脏适应从水生到陆生转变的关键要素。基于空间单细胞图谱，鉴定出一类跨物种保守的参与发育、损伤或缺氧应激响应的瞬时状态心肌细胞，同时系统鉴定了跨原口-后口动物的房室保守分子特征，并发现管状心脏心肌细胞与心室心肌细胞的分子相似性在两大支系中均强于与心房心肌细胞的相似性，提出“心室为先、心房为后”的房室起源新模型。该研究不仅为理解心脏宏观起源演化提供了原创性认知，也为心脏的遗传调控解析与临床医学研究提供了重要参考。

图示从原口动物到后口动物代表性物种的生态生境（水生、两栖、陆生）、成体心脏形态结构（管状→两腔→三腔→四腔）及其空间分辨率单细胞图谱。研究揭示动物心脏共享一套保守的核心基因库；在此基础之上，谱系特异性遗传模块的逐步叠加，推动了心脏细胞类型的多样性分化。鉴定出一种演化保守的心肌细胞状态，其动态响应心脏发育与环境及损伤刺激。提出“心室为先、心房为后”的房室起源演化模型。

该成果是学校倡导学科交叉、加强有组织基础研究的具体体现，得益于学校大生命学科跨单位间的交叉融合与研究团队间的通力合作，是学校跨单位开展基础研究重大科学问题联合攻关的典型范例。海洋生物多样性与进化研究所、海洋生物多样性与进化教育部重点实验室赵龙教授，海洋生物遗传学与育种教育部重点实验室、方宗熙海洋生物进化与发育研究中心王玮教授及王师教授为论文共同通讯作者。海洋生物遗传学与育种教育部重点实验室、方宗熙海洋生物进化与发育研究中心连姗姗副教授、王玮教授、韩文韬副教授、硕士生骆佳鑫、博士生李昱儒，海洋生物多样性与进化研究所、海洋生物多样性与进化教育部重点实验室芦美娜博士、博士生张雪娇为该论文的共同第一作者。研究工作获得崂山实验室、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。

文章链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw0855

• 信息来源：中国海洋大学。

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