2026年6月27日，西北农林科技大学动物大数据与功能基因组联合团队姜雨教授课题组，在《Genome Biology》杂志在线发表题为《A longitudinal single-nucleus transcriptomic atlas of bovine placentation reveals dynamic cellular hierarchies and regulatory programs》的研究论文。研究利用单细胞转录组测序技术绘制了覆盖牛妊娠全周期（E12-E280，13个发育时间点）的胎盘细胞图谱，鉴定出13种主要细胞类型和14种滋养层亚型，揭示了双核滋养层细胞（BNCs）起源于特定单核滋养层细胞，并在妊娠E24阶段启动分化；发现HAND1和DLX5作为妊娠识别窗口期的核心转录因子协同调控IFNT信号通路。研究整合GWAS分析锁定8种早期滋养层亚型与妊娠长度显著相关，并证实胎盘巨噬细胞动态极化与胎衣不下的遗传易感机制存在跨物种保守关联。其中，本研究运用鲲羽生物自主研发的MiP-seq空间组技术，从原位空间维度解析各亚型关键标记基因在胎盘绒毛组织中的精确定位，为单细胞测序的细胞分型结果提供了直接的原位佐证。

1. 研究背景

牛的妊娠早期损失率高达约30%，且妊娠长度（GL）和胎衣不下（RP）等性状严重影响养殖生产效益，但其细胞和分子机制尚不清楚。反刍动物拥有独特的绒毛叶状胎盘，其标志性双核滋养层细胞（BNCs）的起源分化及介导妊娠识别信号IFNT的调控网络在单细胞水平仍未阐明。现有胎盘单细胞图谱研究多聚焦人、鼠，覆盖牛全妊娠周期（E12–E280）的高分辨率动态图谱始终缺失，而牛作为人类生殖健康的转化医学模型，构建此图谱有助于揭示进化保守机制与物种特异的胎盘调控程序。

2. 研究内容

本研究整合自主测序荷斯坦牛E50–E280胎盘snRNA-seq与公共scRNA-seq数据（E12–E18、E24–E50），构建了覆盖牛妊娠13个时间点（E12–E280）、含311,299个细胞的胎盘全周期转录组图谱，经scVI消除批次效应和Souporcell区分母源与胎源细胞后，系统注释出13种主要细胞类型，动态分析显示下胚层与上胚层于E18后消失、血管相关细胞于E50首次出现，胎盘巨噬细胞自E30开始检测并随妊娠进展显著富集。其中针对滋养层细胞的细化亚聚类，进一步鉴定出14个亚型（涵盖2种滋养外胚层、2种IFNT+亚型、4种单核滋养层细胞和6种双核滋养层细胞），其中极体TE具干细胞样特征，IFNT⁺Troph1主导妊娠识别，Troph_U1类似猪弥散胎盘上皮特征，Troph_B1为BNC分化前体过渡态，Troph_B5/B6分别指示终末分化与稳态状态。

为验证这些亚型的体内真实存在和空间位置，研究团队通过高灵敏、高空间分辨率的靶向空间组技术（MiP-seq），靶向选择了12个滋养层亚型关键标记基因对E60牛胎盘切片进行多重原位检测。结果不仅证实了PAG8（UNCs）和PAG6（BNCs）的已知定位，还将SYCN（Troph_B1）、THSD4（Troph_B3）、E2F3（Troph_B4）、GLIS1/TFRC（Troph_B5）和CLDN3（Troph_B6）等新发现亚型标记精确锚定到相应解剖生态位，直观解析单核滋养层（UNC）、双核滋养层（BNC）及滋养层亚群在胎盘组织内的空间分布、共定位模式与微环境定位。从组织原位层面证实单细胞转录组鉴定的 14 类滋养层亚型真实存在，弥补单细胞解离丢失空间信息的不足。也为单细胞测序结果聚类分群、亚型功能划分提供原位形态学证据，提升细胞分群结果可信度。

在此基础上，研究叠加 SCENIC 调控网络、RNA 速率 / 拟时序、时序模块聚类、GWAS 联合分析等多层技术手段：明确 HAND1、DLX5 协同调控妊娠识别 IFNT 信号；揭示 E24 双核滋养层 BNCs 的双路径分化机制与印记、代谢调控规律；定位妊娠长度、胎衣不下相关遗传易感细胞与关键风险基因；同时阐明胎盘巨噬细胞动态极化模式，证明巨噬细胞是胎衣不下跨物种保守致病核心。

3. 研究总结
    本研究利用单细胞转录组测序和靶向空间组学技术，构建了牛妊娠全周期的高分辨率胎盘细胞图谱，系统解析胎盘细胞类型、14类滋养层亚群、双核滋养层分化轨迹及调控网络；结合GWAS数据，将妊娠期长度和胎衣不下的遗传风险定位至特定细胞类型与发育阶段。该研究为反刍动物胎盘发育和母胎互作提供了系统性参考，也为家畜早期妊娠监测、繁殖性状选育及人类妊娠相关疾病研究提供了重要模型和理论框架。

文章研究思路层层递进：先整合自建与公共胎盘单细胞转录组数据，经批次校正、母胎细胞区分完成全周期细胞分型；再利用 MiP-seq 原位技术验证各滋养层亚型的组织空间分布；随后通过调控网络、拟时序、代谢模块分析挖掘胎盘发育核心分子机制；最后联合多物种 GWAS 数据，解析繁殖障碍的细胞遗传基础，挖掘跨物种保守调控通路。整套多组学联合解析策略，在哺乳动物发育研究领域具备重要参考与借鉴价值。
    鲲羽生物自主研发的空间多组学技术（MiP-seq）技术不仅可运用于单细胞精度空间组学图谱构建，同时可实现多层次生物分子（DNA/RNA/Protein）空间分布的验证。其具有灵敏度高、特异性强、可多重检测以及靶标灵活定制、兼容多种物种组织类型等技术特色，为神经生物学、发育生物学、肿瘤研究等领域研究提供更加灵活、多用的工具。

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文章原文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s13059-026-04173-0