近日，色情片反刍动物遗传与进化研究团队王禹教授联合西北工业大学等单位，在牛角发育的细胞起源与分子调控机制研究中取得重要进展。相关成果以“Decoding the cellular and molecular basis of cattle horn development using single-cell multi-omics data”为题，在线发表于《SCIENCE CHINA Life Sciences》。硕士研究生闫茜茜、李洋和博士研究生张思雨为论文共同第一作者，姜雨教授、王文教授和王禹教授为共同通讯作者。

洞角是牛科动物特有的头部附属器官，是研究哺乳动物新器官起源与演化的重要模型。然而，角芽中哪些细胞参与成角、骨质角芯以何种方式骨化、角相关基因如何被特异激活，长期以来缺乏系统解释。研究团队对不同胎龄牛角芽样本开展转录组分析，整合单核转录组（snRNA-seq）、单核染色质可及性测序（snATAC-seq）与空间转录组技术，并结合组织学、免疫荧光与原位杂交验证，构建了首个牛角胚胎发育单细胞多组学图谱，取得三项创新性发现：

发现一：锁定牛角的细胞起源——头部神经嵴干细胞。研究在角芽内部发现一种特异性细胞束，其中富集表达SOX10和NGFR的神经嵴干细胞；拟时序分析提示其具有双向分化潜能——既向神经细胞谱系分化，也向具有成骨特征的间充质样前体细胞分化，而邻近额部皮肤中并无此类细胞。这为“牛角起源于额部神经嵴细胞”提供了直接的细胞学证据。

发现二：鉴定牛角成骨祖细胞，终结骨化方式之争。研究发现角芽特异性RXFP2阳性成纤维细胞亚群FIB6，其高表达RUNX2、PRRX1等成骨祖细胞标志基因，可能同时来源于神经嵴干细胞与间充质干细胞。与人胚胎骨组织跨物种比较显示，牛角成骨细胞与膜内成骨形成的颅骨细胞最为相似，且缺乏软骨发生特征——首次以多组学证据支持牛角角芯通过膜内成骨而非软骨内成骨形成。

发现三：解析“RUNX2—顺式调控元件—RXFP2”分子调控轴。研究构建了牛角成骨祖细胞分化的基因调控网络，鉴定出41个沿分化轨迹动态变化的转录因子；并在RXFP2基因附近发现一个牛角芽特异性开放、在有角反刍动物中高度保守的顺式调控元件。ChIP-qPCR与双荧光素酶报告实验证实，RUNX2可结合该元件并驱动RXFP2在成骨祖细胞中特异表达。

 牛角发育的细胞起源、成骨模式及分子调控模型

该研究从细胞组成、发育轨迹、骨化方式与基因调控等层面系统解析了牛角胚胎发育机制，不仅为理解牛科动物头部新器官的起源与演化提供了新见解，更为无角家畜精准遗传育种与基因编辑提供了明确的候选细胞类型和调控靶点。基于RXFP2特异表达调控元件的成果已获国家发明专利（ZL202510620087.0），有望通过基因编辑培育无角山羊品种，从源头减少去角带来的养殖成本与动物福利问题。

该研究得到国家重点研发计划项目（2021YFF1001000）和中国博士后创新人才支持计划项目（BX20200282）资助。研究产生的测序数据已上传至国家基因库生命大数据平台（项目编号CNP0004639）。

原文链接：//www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-025-3374-5