中国农业大学动物科学技术学院李建波、张秀安、王喜琼、郑江霞、李俊英、徐桂云、孙从佼、杨宁，以及中国农业科学院深圳农业基因组研究所王震、李兴正、易国强等研究人员在《Journal of Advanced Research》2025年第70卷上发表了题为“Single-nucleus transcriptional and chromatin accessible profiles reveal critical cell types and molecular architecture underlying chicken sex determination”的研究论文。该研究利用单细胞核RNA测序（snRNA-seq）和单细胞核ATAC测序（snATAC-seq）技术，绘制了鸡胚胎性腺在性别决定关键时期的转录组与染色质可及性图谱，揭示了驱动支持细胞谱系分化的关键转录因子和调控网络。
在家禽生产中，商品蛋鸡养殖仅需要雌性雏鸡，全球每年约有70亿只一日龄雄性雏鸡被淘汰，造成严重的动物福利和经济问题。解析鸡性别决定机制有助于实现早期性别操控，通过基因编辑等技术生产单一性别雏鸡，提高育种效率。此外，鸡胚胎性腺发育也是研究细胞命运决定和人类性发育障碍的重要生物医学模型。鸡性别决定受遗传程序、表观遗传修饰和激素等多因素调控，其中Z染色体连锁基因DMRT1对雄性性别决定至关重要，而FOXL2、CYP19A1和雌激素在雌性卵巢发育中发挥重要作用。双潜能支持细胞是胚胎性腺中最早发生分化的细胞类型，但在单细胞水平上性别决定的转录谱和调控网络仍缺乏系统理解。
该研究的目的是在单细胞分辨率下系统解析鸡胚胎性腺性别决定的分子特征。研究者收集了纯系白来航鸡胚胎第3.5天（E3.5，HH21期）的生殖嵴和中肾，以及E4.5（HH25期）和E5.5（HH28期）的左侧性腺，分别进行单细胞核多组学测序。经过质量控制和数据过滤，最终获得61,503个单细胞核转录组和25,587个染色质可及性谱。研究首先通过Cell Ranger进行数据比对，利用SoupX去除环境RNA污染，使用Seurat进行质控和聚类分析，采用DoubletFinder去除双细胞，并通过fastMNN校正批次效应。最终基于经典标记基因定义了16种细胞类型，包括间质细胞、性腺原基、内皮细胞、支持细胞、上皮细胞、生殖细胞等。
研究结果显示，雌雄鸡胚胎性腺在E3.5至E5.5期间转录组整体高度相似，但存在如DMRT1等少数关键基因的调控网络差异。支持细胞和上皮细胞在E4.5出现并在E5.5显著增加，且雄性性腺中比例更高。转录相关性分析表明支持细胞与上皮细胞可能来源于共同的前体细胞。在染色质可及性层面，研究检测到38,567个差异可及区域（DARs），约20%位于启动子区域。功能富集分析显示各细胞类型特异性DARs关联基因分别富集于上皮细胞迁移调控、类固醇代谢调控、腺体发育、内皮发育、细胞生长调控、上皮管形态发生和细胞命运特化等生物学过程。通过HOMER motif分析和chromVAR推断转录因子活性，研究鉴定出HNF1B在肾小管中特异性表达并伴随motif富集增加，EBF1在内皮细胞和间质细胞中呈现同步动态变化。
针对支持细胞的深入分析揭示了性决定关键转录因子。NR5A2、NR5A1、ESRRG和ESRRB的motif在支持细胞特异性DARs中显著富集，其中ESRRG在性腺细胞中广泛表达，而DMRT1仅在支持细胞和生殖细胞中富集，且在雄性支持细胞中染色质可及性和基因表达均显著升高。支持细胞亚群分析鉴定了8个亚型，包括间充质、雌性未分化支持细胞、雄性未分化支持细胞、前支持-前颗粒中间态细胞、前Sertoli细胞前体2、前Sertoli细胞、前颗粒细胞和支持-颗粒中间态细胞。细胞通讯分析表明BMP信号通路在雄性未分化支持细胞中具有最高的信号强度，前Sertoli细胞通过BMP4配体与多种BMP受体复合物进行广泛通讯。SCENIC调控网络分析显示JUN在雌性分化中具有特异性调控活性，RNAscope实验验证了DMRT1和FAM172A在雄性支持细胞中高表达。
在雄性支持细胞分化轨迹分析中，研究定义了5种细胞亚型，通过Monocle 3、RNA velocity和Cicero三种方法一致揭示前Sertoli细胞从雄性支持细胞分化而来。沿拟时间轨迹，PAX2和MEIS2的表达及染色质可及性逐渐降低，而ZNF385B和AMH的表达及可及性逐渐升高。NR5A1和ESRRG的motif在前Sertoli细胞特异性DARs中显著富集。在雌性支持细胞中，研究鉴定了4种亚型，分化轨迹呈现比雄性更复杂的方向。TEAD基因家族在雌性细胞中显著富集，而DMRT1在雄性细胞中表现出突出的motif活性。基于上述结果，研究提出了支持细胞谱系特化的分子模型：在雄性性腺中，支持细胞在DMRT1和NR5A1驱动下分化为前Sertoli细胞，伴随ZNF385B和AMH表达上调；在雌性性腺中，前颗粒细胞保留PAX2、POSTN和FGFR3等支持细胞谱系标记。
跨物种比较分析整合了人、猕猴、小鼠、猪、山羊和鸡六种脊椎动物的性腺单细胞数据，覆盖超过3.19亿年的进化历史。SAMAP分析显示内皮细胞、红细胞、间质细胞、免疫细胞和支持细胞在脊椎动物中高度保守。支持细胞的转录模式在鸡与其他五种哺乳动物之间呈现强相关性，表明其功能在进化过程中的保守性。DMRT1在鸡及其他哺乳动物支持细胞中广泛表达，在山羊中表达水平尤其高。SOX9在哺乳动物支持细胞中强烈转录，但在鸡支持细胞中不表达，而是在中肾来源细胞中表达，体现了物种特异性。研究还鉴定了多个跨物种保守的支持细胞转录因子，包括DMRT1、LEF1、AFF1、ZNF827、WT1和TOX3。
该研究的科学价值在于提供了首个鸡性腺发生过程的单细胞核转录组与染色质可及性调控图谱，阐明了支持细胞命运决定的分子机制和性别特异性调控网络。研究揭示了DMRT1和ESRRG等关键转录因子驱动支持细胞谱系定向，发现BMP信号通路在雄性性腺发育中优先激活，并通过跨物种比较展示了鸟类与哺乳动物在性腺细胞类型和谱系特异性转录因子方面的高度保守性。在应用层面，该研究为家禽性别操控技术和育种生物技术的发展奠定了理论基础，同时为人类性发育障碍相关生物医学研究提供了有价值的参考模型。研究的主要亮点包括：首次在鸡胚胎性腺中同时获取单细胞核转录组和染色质可及性数据，鉴定了支持细胞分化的关键调控网络，以及通过六物种比较揭示了性腺细胞的进化保守性。