德州驴保种场。
■本报记者 廖洋 实习生 王冰笛
驴，这种曾经在中国农村随处可见的家畜，如今却面临前所未有的危机。如今，我国驴养殖数量已从2011年的485万头骤降至2023年的146万头。
近日，青岛农业大学研究人员联合内蒙古大学，在《先进科学》发表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驴皮脂细胞的独特代谢机制，不仅为阿胶产业提供了分子靶标，也将濒危驴种质资源保护带入精准时代。
开启资源保护路
驴皮作为传统中药阿胶的核心原料，其需求与产能存在显著缺口。论文共同通讯作者、青岛农业大学教授沈伟告诉《中国科学报》：“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%。”
与此同时，本土驴种因生长周期长、繁殖率低、养殖成本高等问题，种群数量呈加速萎缩趋势。目前，全国现存24个本土驴种，已建立两个国家级保护区、7个国家级保种场、21个省级保种场，以应对种质资源保护与可持续利用的挑战。
其中，德州驴作为山东省知名驴品种，以体格高大、结构匀称、外形美观、皮厚及出胶率高等优良特性著称，是熬制阿胶的优质原料。然而，2024年国家统计年鉴数据显示，山东省驴存栏总量仅为2.7万头，其中纯种德州驴估计不足3000头，纯种资源面临严峻挑战。
从分子层面解析德州驴的优异性状形成机制，对种质资源保护与可持续利用具有重要意义。
2023年，沈伟带领团队到山东俊驰驴业有限公司参观考察，并达成合作。他们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。
单细胞测序对细胞活性要求极高，而驴组织解离尚无成熟方案。“当时大家对部分特殊组织的解离经验不足，以至于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，最后不得不废弃。”论文共同通讯作者、青岛农业大学教授王俊杰向《中国科学报》介绍。
为保障数据质量，团队再次前往保种场采集样品、补测数据。最终，他们获得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。
一定会有结果
这次研究仅单个样本分析就需100G算力，27万多个细胞既需要高性能服务器，也需要在数据分析方面技术成熟的合作者。这位合作者正是论文第一作者、内蒙古大学与青岛农业大学联合培养博士生田宇。
王俊杰和田宇合作非常默契，尽管如此，他们仍然遇到不少阻碍。由于驴单细胞研究在国际上较为罕见，团队在数据分析过程中缺乏可参考的比对数据。
为确保细胞类型注释的准确性，团队系统收集了大量基因的功能及表达位置信息，并结合差异表达分析、基因富集分析和免疫组织化学染色技术，成功鉴定了细胞类型及标记基因。
在研究转录过程时，团队发现基因只有表达量的大小，没有表达高低之分，原因是上游调控的原件发生了变化。对此，王俊杰提出针对特定细胞类型的可变剪接变体分析思路。然而，田宇在实践中发现，现有测序平台难以准确识别细胞类型特异性的剪接变体。
最终，团队提出了另一种研究思路——通过单细胞转录组数据集预测不同细胞的代谢活性。
在此基础上，团队通过跨物种和跨组织比较分析，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是驴皮脂细胞的特异性标记基因。研究进一步阐明了驴皮脂细胞主要通过丁酸代谢途径生成乙酰辅酶A，进而驱动脂肪酸合成的分子机制。
“一条路走不通就换另一条，总有新的解决办法。”王俊杰坦言，“从一开始我们就知道，肯定能得到结果。”
此后，团队又结合驴、马、牛和猪皮肤的代谢组学数据，发现了驴皮中γ-谷氨酰半胱氨酸和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。
填补驴研究领域关键空白
研究完成后，团队着手撰写论文并投稿。然而，投稿过程并不顺利。王俊杰说：“我们最初投了几家顶级期刊，但由于驴研究在国际上较为冷门，稿件很快被拒。”
今年2月，论文终于被《先进科学》接收，这是国际上近10年来在驴相关研究领域的又一标志性成果，首次将单细胞技术应用于驴资源保护，为濒危物种研究提供了范式。
这项研究不仅系统解析了驴的分子特征，填补了驴皮代谢机制研究领域的关键空白，还为驴种质资源保护与创新利用提供了重要的数据支撑和理论依据。同时，团队还建立了驴单细胞转录图谱在线数据库，有望进一步推动驴相关研究领域的快速发展，助力我国乃至全球在驴种质资源保护与利用方面取得更大突破。
除了及时发现问题的敏锐眼光和作出重大转变的决心，科研中必不可少的是肯思考、善总结。回顾这段历程，王俊杰说：“人的韧性比自己想象的要强，只有沉下心去，才能做好一件事。”
相关论文信息：
10.1002/advs.202413819
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