近日，中国水产科学研究院黄海水产研究所邵长伟研究员团队发布了“数字种源”计划关于水产种质资源多样性与免疫演化机制方面的又一重要进展。相关成果以“Evolutionary conservation and divergence of phagocytic and coagulation programs across bilaterian circulating immune cells”为题，发表于进化生物学领域权威期刊《Molecular Biology and Evolution》。该研究聚焦水生动物先天免疫系统中吞噬和凝血两类关键功能细胞，构建了涵盖多个代表性类群的循环免疫细胞图谱，系统解析了不同水生动物先天免疫细胞的保守基础与分化特征，为认识水产动物抗病防御机制、挖掘关键免疫细胞和候选功能基因提供了重要数据资源和理论依据。

近年来，研究团队围绕水生动物免疫细胞图谱构建与比较免疫学研究持续取得系列成果。在脊椎动物适应性免疫系统演化方面，团队构建了半滑舌鳎、条纹斑竹鲨、斑马鱼等代表性鱼类的免疫细胞图谱，揭示了软骨鱼与硬骨鱼淋巴细胞组成及功能特化的保守与差异特征（Nat Commun, 2024a）；解析了鱼类适应性免疫细胞组成，鉴定出一类新型T样淋巴细胞亚群，揭示了无颌类与有颌类脊椎动物适应性免疫系统的演化差异（Nat Commun, 2024b）。围绕鱼类组织免疫微环境，解析了肝细胞与免疫细胞之间的互作关系（Fish Shellfish Immunol, 2024），并进一步揭示了粒细胞在不同组织微环境中的功能适应及其潜在调控机制（Fish Shellfish Immunol, 2026）。

在此基础上，本研究进一步将视角拓展至先天免疫系统。相较于适应性免疫，先天免疫是更为古老且普遍存在的免疫防御策略，广泛分布于从无脊椎动物到脊椎动物的不同类群。在漫长的演化过程中，不同物种的先天免疫系统呈现出显著的形态和功能多样性，但吞噬病原体、凝血止血等核心防御机制却在多个动物类群中长期保留。这些保守功能背后是否共享相似的细胞基础和调控程序，不同类群又如何通过各自的分子路径实现相似的免疫功能，是比较免疫学和演化生物学领域长期关注的重要问题。

针对这一问题，研究团队选取了覆盖原口动物、早期后口动物及脊椎动物等关键演化节点的六个代表性水生物种，包括香港巨牡蛎、南美白对虾、玻璃海鞘、东北七鳃鳗、条纹斑竹鲨和半滑舌鳎，并结合其他脊椎动物公共数据，构建了包含40余万个高质量单细胞的循环免疫细胞图谱。研究人员进一步建立多层次跨物种比较策略，从细胞类型、同源基因、功能通路和调控网络等层面，系统揭示了不同物种先天免疫细胞的保守基础与谱系特征。

代表性物种吞噬及凝血跨物种比较示意图

研究发现，牡蛎、对虾和海鞘等无脊椎动物中的类吞噬细胞，与七鳃鳗、条纹斑竹鲨、半滑舌鳎及高等脊椎动物髓系免疫细胞具有较高转录相似性；相关基因主要富集于吞噬作用、囊泡运输和溶酶体组织等功能过程，表明二者在核心吞噬功能上存在深度关联。进一步结合基因共表达网络分析、祖先状态重建和虚拟基因敲除等方法，发现跨物种吞噬细胞共享MiT/TFE转录因子家族及其共表达的吞噬相关基因网络，提示MiT/TFE相关调控网络参与吞噬功能的保守调控，并与不同类群吞噬细胞的功能分化密切相关。

先天免疫细胞的跨物种转录相似性

与吞噬细胞相对保守的特征不同，凝血效应细胞呈现出更明显的类群差异。研究团队在香港巨牡蛎、凡纳滨对虾和玻璃海鞘中鉴定出参与血淋巴凝集反应的效应血细胞，并通过荧光原位杂交Stereo-cell芯片单细胞技术进行验证，证实这些细胞在血凝块中特异分布。跨物种比较表明，无脊椎动物凝血效应细胞与脊椎动物血小板在核心止血功能上具有相似性，但不同无脊椎动物之间缺乏统一的核心转录因子和共同差异基因集，提示其上游调控程序发生分化。该结果表明，不同水生动物可能通过不同分子路径实现相似的凝血防御功能，体现了先天免疫系统在功能需求下的多样化实现方式。

凝血相关基因表达模式

综上所述，本研究从单细胞层面对水生动物免疫细胞的谱系特征及其分子调控进行了系统分析，明确了吞噬细胞相关调控模块在不同类群中的保守性，首次解析了无脊椎动物凝血效应细胞的分子特征，并进一步揭示其功能趋同与调控路径分化并存的演化特征。研究拓展了对水生动物先天免疫系统组织方式和功能演变的认识，也为非模式水生生物的比较免疫学研究提供了新的分析思路。

黄海所研究生李亚楠、刘响、杨琦和青岛华大基因研究院陈洪溪、刘群为论文共同第一作者。黄海所邵长伟研究员和青岛华大基因研究院范广益研究员为论文共同通讯作者。本研究获得国家重点研发计划项目、国家高层次人才特殊支持计划、山东省泰山学者特聘专家计划、国家自然科学基金、中国水产科学研究院创新团队等项目支持。

据悉，“数字种源”计划由邵长伟研究员于2021年依托国家海洋渔业生物种质资源库和国家海洋水产种质资源库发起实施，旨在建立水产种质资源理论框架与技术体系，推动水产种质资源数智化管理与应用。其中，水产种质资源多样性与重要性状演化机制作为理论研究的主要内容，重点在于揭示水产种质资源多样性及人工驯化的遗传基础与演化历程，阐明水产种质资源重要性状（免疫、性别、生长、神经发育等）形成与演化的遗传机制，为构筑水产种质资源理论框架体系提供关键支撑，为水产生物优异新种质创制奠定理论基础。

文章链接：

Wang H Y,Chen J Y,Li Y,et al.Single-cell RNA sequencing illuminates the ontogeny, conservation anddiversification of cartilaginous and bony fish lymphocytes[J].Nature Communications,2024a,15(1):7627. https://doi.org/10.1038/s41467-024-51761-4

Huang Y,Liu X,Li S,et al.Discovery of an unconventional lamprey lymphocyte lineage highlights divergent features in vertebrate adaptive immune system evolution[J]. Nature Communications,2024b,15(1):7626. https://doi.org/10.1038/s41467-024-51763-2

Huang Y,Liu X,Wang H Y,et al.Single-cell transcriptome landscape of zebrafish liver reveals hepatocytes and immune cell interactions in understanding nonalcoholic fatty liver disease[J].Fish & Shellfish Immunology, 2024, 146: 109428.

https://doi.org/10.1016/j.fsi.2024.109428

Li Y,Zhang X,Li S,et al.Construction of a multi-tissue immune atlas for Chinese tongue sole (Cynoglossus semilaevis) reveals granulocyte functional adaptation and underlying regulatory mechanisms[J].Fish & Shellfish Immunology,2026:111215. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2026.111215

Li Y,Liu X,Chen H,et al.Evolutionary conservation and divergence of phagocytic and coagulation programs across bilaterian circulating immune cells[J].Molecular Biology and Evolution,2026:msag109. https://doi.org/10.1093/molbev/msag109