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摘要动物心脏在适应性演化中分化出多样解剖结构。本研究构建涵盖27种侧对称动物分节动物、软体动物、脊索动物成体心脏多组学资源库。联合分析显示侧对称动物共享套核心基因集演化采用「逐步叠加」通用演化策略。原始心脏由心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞、神经细胞等核心细胞类型构成细胞核心特征保持稳定同时伴随生存环境与心血管系统适应性演化。此外本研究鉴定出种进化保守的心肌细胞动态状态该状态或与心脏发育、应激应答相关。最终本研究证实心室起源的分子程序是心房等心脏腔室演化的基础。综上本研究搭建解析动物心脏演化内在机制的综合资源平台。zhaolongouc.edu.cnww8898ouc.edu.cnjifengfeigdph.org.cnswangouc.edu.cnpansilinqdu.edu.cnliuqungenomics.cn#两侧对称动物 #心脏演化 #空间转录组 #单细胞图谱 #多组学 #心肌细胞 #腔室演化 #祖先基因集 #跨物种比较 #进化轨迹结果覆盖27种侧对称动物心脏多组学资源全景图1 27种2侧对称动物心脏多组学资源总览(A) 简化物种进化树展示27个物种演化亲缘关系底色区分4类心脏结构管状心脏、2腔心脏、3腔心脏、4腔心脏。(B) 基因组、转录组层级数据类型总览不同色条代表批量转录组、单细胞转录组、空间转录组资源。(C) 16种代表性动物心脏解剖示意图蓝色 心房红色 心室黄色 瓣膜。(D) 单细胞t-SNE细胞图谱、空间转录组图谱不同颜色代表细胞类型灰色为未采集样本比例尺1000微米。侧对称动物心脏演化的遗传基础祖先核心基因与演化创新驱动基因图2 2侧对称动物心脏结构演化的遗传基础(A) 27个物种同源基因簇演化聚类图标注簇基因数量CoreBA1 2侧对称动物共有核心基因CoreBA2 2侧共有、部分支系缺失CorePT 原口动物特有CoreDT 后口动物特有左侧竖条区分分节、软体、脊索动物右侧标注对应物种名称Z分数代表基因在物种间分布丰度。(B) 分节动物上、软体动物中、脊索动物下3类物种各演化层ps转录组时代指数TAI相对贡献物种配色同图A。(C) 分节、软体、脊索动物共有基因簇构成环形对比图展示ps6、ps8/ps9关键演化层4类核心基因CoreBA1/2、CorePT、CoreDT占比。(D) 心脏腔室重大演化节点的基因获得/丢失分析底色区分不同心脏形态物种配色同图A。(E) 祖先核心基因蓝色CoreBA1、物种新获得基因红色在心脏空间表达分布比例尺1000微米。跨物种心脏细胞图谱与细胞演化规律图3 跨物种心脏细胞图谱与细胞演化轨迹(A、B) 16种动物心脏单细胞整合t-SNE图A按物种上色B按细胞类型上色。(C) 心肌细胞跨物种核心基因表达热图左侧按功能模块聚类白色 未检出浅蓝色表达占比0.1橙色0.25红色0.25 且log2倍数变化1右侧柱状图统计各类基因占比。筛选标准单细胞/空间整合聚类log2FC1、细胞表达占比0.25共表达网络kME≥0.3无脊椎多同源基因合并统计。(D) 上方心脏核心基因免疫组化染色下方心肌内整合荧光密度定量柱状图每组n3。(E-G) 心肌细胞演化主成分分析轨迹E 全物种心肌PCA图分为原索动物、无羊膜类、羊膜类F 驱动前200个基因模块得分G 各分组富集生物学过程按-log10(P)排序比例尺20微米数据均值±标准差双尾非配对t检验。文档权威性来源跨物种保守的类心肌细胞状态稳定型/瞬时型图4 跨物种进化保守的心肌细胞亚群(A) 12种代表性动物心肌细胞空间分布与亚群占比饼图不同颜色代表6类心肌亚群CM1–CM6。(B) 12个物种心肌特征基因log2倍数变化热图色块区分6类心肌亚群。(C) 左Ryr2、Ldb3基因荧光原位杂交FISH代表性图像共染TPM1/MF20/鬼笔环肽、DAPI中瞬时型心肌细胞占比柱状图右2类细胞内基因荧光定量每组n3–4比例尺1000μmA、20μmC数据均值±标准差双尾t检验。瞬时型心肌细胞与心脏发育、心肌应激相关图5 瞬时型心肌细胞与心脏发育、心肌应激关联图谱(A) 人胎儿心脏心肌空间分布与亚群占比饼图色块代表6类心肌亚群。(B) 成人、胎儿人心脏Ryr2/Ldb3/TNNT2/DAPI共染FISH图像。(C) 胎儿与成人瞬时心肌细胞占比统计p0.0017。(D) 小鼠胚胎E14.5、出生第1天P1、第8天P8心脏FISH染色图。(E) 胚胎/新生小鼠瞬时心肌细胞定量统计。(F) 成年小鼠低氧处理后心脏FISH图像。(G) 低氧组瞬时心肌细胞占比统计。(H) 小鼠心梗手术心脏解剖示意图IZ梗死区、BZ边界区、RZ远端正常区。(I) 心梗小鼠梗死区、边界区、远端区Ryr2/Ldb3 FISH染色。(J) 心梗各组瞬时心肌细胞定量比例尺A1000μmB/D/F/I10μm数据均值±标准差2组比较双尾t检验多组采用单因素方差分析事后多重比较。心脏腔室起源心室为原始基础心房后演化形成图6 心脏腔室的进化起源(A) 多物种心房、心室细胞组成左右半圆分别为心房、心室心肌/非心肌细胞比例柱状图。(B) 核心心房基因蓝、心室基因红空间表达模式颜色代表模块得分前10%伪细胞。(C) 腔室特征核心基因PCA图蓝点 心房样本红3角 心室样本内嵌箱线图展示PC1分值分布箭头标注贡献最高前10个基因。(D) 心房、心室基因模块得分投射至16物种整合单细胞t-SNE图谱颜色深浅代表模块得分高低。(E) 心房、心室伪细胞分辨率转录组时代指数TAI蓝至红渐变代表TAI由低到高。(F) 海鞘心脏空间转录组图谱左HE染色、中心房/心室核心基因空间分布、右侧伪细胞TAI热图。(G) 原始分节动物vs软体、原始脊索vs羊膜动物腔室细胞相似度对比比例尺1000μm数据均值±标准差双尾t检验。数据批量RNA-seq、单细胞、空间转录组原始数据存入国家基因库核苷酸归档库CNP0006537斑马鱼数据NCBIPRJNA1233465处理后数据集、分析流程、代码https://db.genomics.cn/stomics/heart人类公开单细胞数据ENAhttps://www.ebi.ac.uk/ena/browser/view/ERP123138全部分析脚本开源GitHubhttps://github.com/ouclian/EvoHeart详细总结思维导图样本与测序数据总览心脏基因家族4大分类全物种通用7类核心心脏细胞2种心肌亚群定义瞬时心肌动态变化规律数据集与在线平台资源汇总参考Science. 2026 Jul 23:eadw0855. doi: 10.1126/science.adw0855.Spatially resolved single-cell atlas reveals the macroevolutionary trajectory of animal hearts注AI辅助创作如有不当欢迎指出。内容仅供参考不构成任何建议。