牦牛复杂的混合型毛被结构及绒毛的季节性生长,将有助于其在高寒高海拔地区生存。毛囊作为毛绒产生的微型器官,不断经历退行期、休止期和生长期三个阶段。毛囊的持续再生循环是一个十分复杂的过程,涉及不同类型的细胞相互作用来共同调控毛囊结构的形成。单细胞转录组测序(single cell RNA sequencing,scRNA-seq)技术可以在不同组织器官单细胞水平突出细胞异质性。因此,研究毛囊中细胞类型多样性与毛囊形态发生的关系,以及毛囊中不同细胞类型的调控作用,为解析毛囊中细胞功能多样性提供科学依据。为了探究牦牛毛囊周期性转换的分子调控作用,本研究采集牦牛的肩胛处皮肤组织,制备单细胞悬液用于scRNA-seq。对毛囊生长期与退行期、休止期与生长期的细胞进行了转录图谱的构建,借助已知的参考标记基因对主要细胞类群进行分类,通过t-分布随机近邻嵌入聚类、均匀流形近似和投影聚类、基因本体论和拟时序分析,解析毛囊从生长期到退行期、休止期到生长期形态变化过程,并对主要细胞类型分子途径进行阐述。主要结果如下:1.为了剖析毛囊形态发生过程中的细胞异质更多性,对牦牛毛囊生长期、退行期和休止期三个时期进行scRNA-seq,获得细胞数目达到3万个。基于Seurat函数对数据集进行质控,检测到三个时期中每个细胞的基因以及nCount＿RNA总数。2.从生长期和退行期共获得了19个细胞簇,确定了8个主要细胞群,并对得到的细胞分子特征进行了进一步的富集分析。结果表明毛囊从生长期向退行期转换过程中主要涉及的细胞有表皮细胞系、内根鞘(inner root sheath,IRS)以及毛干(hair shaft,HS)细胞等,Dorsomorphin配制富集结果显示主要涉及的细胞特异性表达基因在表皮发育、上皮细胞分化以及伤口愈合等条目中显著富集。3.通过拟时序分析,描绘了毛囊从生长期向退行期转换过程中表皮与真皮细胞谱系在毛囊周期中的分化轨迹以及主要细胞拟时间基因表达变化。对表皮向HS和IRS细胞特化过程进行了描述,在HS和IRS特化过程中高表达LHX2、KRT25和KRT71等基因,而这些基因与小鼠HS和IRS特化中表达结果具有相似性。4.在单细胞水平上对牦牛毛囊从休止期向生长期转换过程中主要细胞类型进行了筛选鉴定,利用均匀流形近似和投影聚类,得到HS、IRS以及毛乳头(dermal papilla,DP)细胞等主要细胞类型。基于拟时序分析成功构建了DP细胞分化轨迹,系统的阐述了DP细胞特化过程中基因表达变化情况,揭示了参与DP细胞命运的关键基因与功能。综上所述Human biomonitoring,本研究从单细胞水平阐述了牦牛毛囊周期转换过程中生长期与退行期真皮细胞谱系和表皮细胞谱系在分化过程中差异基因随着时间表达变化过程,鉴定了主要细胞类型,展示了主要细胞类型命运特化规律,同时构建了休止期与生长期毛囊转变过程中单细胞转录组图谱,绘制了DP细胞谱系分化轨迹,对休止期与生长期毛囊转变过程中的DP细胞群进行了更为系统和全面的解析。通过scRNA-seq对毛囊周期中不同类型细胞进行分析,为牦牛毛绒周期的生长发育提供理论和数据支持。