从距今约5550万年前的陆地到如今海洋生境的转变对于鲸类大脑而言无疑进行了重塑。多种细胞组成、功能区精细排列、结构侧向化、巨大且复杂的鲸类大脑，集早期哺乳动物的保守特征与独特衍生特征于一身。细胞水平的转录组学可以系统地表征脑内细胞的多样性，实现神经科学研究范式由重视细胞解剖向细胞类型分子分类进行过渡。单核转录组测序技术（single-nucleus RNA sequencing）可以从冷冻组织中以单核分辨率表征不同的细胞类群，因而通过标记基因（marker genes）识别鉴定细胞类型的系统性努力为了解支撑鲸类动物大脑的分子和细胞网络奠定基础。鉴于鲸类动物与灵长类动物的大脑结构和功能存在明显的相似性，将具有较远演化距离的鲸类与灵长类动物并列加以比较是非常有趣的。短肢领航鲸是齿鲸亚目海豚科的一员，具有巨大且复杂的大脑，可作为了解鲸类脑演化的理想对象。除此之外，短肢领航鲸具有较长寿命、深潜能力、抵抗低氧环境等特征，同时，基因组测序技术为演化生物学做出许多有价值的贡献，补充传统遗传标记无法实现的空隙。因此，为了进一步了解短肢领航鲸基因组特征及演化历史、鲸类大脑的细胞组成、鲸类大脑左右脑皮层异同、鲸类动物与灵长类动物大脑的异同，本研究首次基于基因组及单核转录组测序技术等不同层面开展了研究。首先，基于基因组测序数据，针对短肢领航鲸肌肉样本，进行基因组组装、注释、演化分析；其次，基于单核转录组测序数据，针对短肢领航鲸大脑皮层五个功能区样本，进行细胞类型的聚类与鉴定、跨物种分析，其结果如下： 1. 首次组装短肢领航鲸染色体水平的基因组 基于stLFR与Hi-C测序数据，首次报道短肢领航鲸染色体水平的基因组数据，其总长2.25 Gb，scaffold N50值为107.35 Mb，并注释得到19,587个蛋白质编码基因，基因组及基因集的完整性均在90%以上； 2. 确定短肢领航鲸在海洋哺乳动物中的系统发育位置 利用包括短肢领航鲸在内的12种哺乳动物基因组数据共同构建系统发育树，确定短肢领航鲸与同属的长肢领航鲸（Long-finned pilot whale, Globicephala melas）亲缘关系最近，领航鲸属与瓜头鲸（Melon-headed whale, Peponocephala electra）亲缘关系最近； 3. 通过与其他11种哺乳动物的基因家族聚类分析，发现短肢领航鲸与生物学特征及水生适应性相关的候选基因 （1）相对于其他11种哺乳动物而言，短肢领航鲸一些特异基因家族基因及未成簇基因均富集于一个与防御毒素相关的通路——“ABC转运蛋白”中；相对于长肢领航鲸，短肢领航鲸特异基因家族及未成簇基因的富集分析中也有相同的情况； （2）短肢领航鲸与人（Human, Homo sapiens）、猕猴（Rhesus macaque, Macaca mulatta）等灵长类物种共有基因中的1290个基因与头部发育、认知学习及行为运动等通路具有一定的相关性； 4. 相对于其他11种哺乳动物，短肢领航鲸扩张基因家族的基因与正选择基因的功能与物种生物学特征及水生适应性具有一定相关性 短肢领航鲸中340个显著扩张基因家族的基因富集在与心肌收缩、凝血、长寿等相关的通路中；短肢领航鲸92个正选择基因，富集在DNA修复、TP53转录调控、血管发育等通路中； 5. 与长肢领航鲸基因组存在异同 （1）短肢领航鲸基因组大小、基因组GC含量分布、染色体长度与长肢领航鲸基因组非常接近； （2）相对于长肢领航鲸基因组，短肢领航鲸特异基因家族的基因及未成簇基因，除了与“ABC转运蛋白”通路有一定相关性，也富集在与免疫、钙信号相关的通路中； （3）两个物种基因组共线性结果表明单条染色体相互对应，一些断点基因富集在与渗透压、肢体发育、解毒等相关的通路中； 6. 鉴定短肢领航鲸大脑皮层五个功能区的6种细胞类型，并揭示每种细胞类型的功能 鉴定短肢领航鲸大脑皮层五个功能区的六种主要皮层细胞类型，基于SATB2和NEFM鉴定了兴奋性神经元，基于GAD2、BTBD11鉴定了抑制性神经元，基于VCAN、TNR鉴定了少突胶质前体细胞，基于MBP、OPALIN、MOG、MOBP、ENPP2鉴定了少突胶质细胞，基于SLC1A2、GFAP鉴定了星形胶质细胞，基于IGFBP7鉴定了内皮细胞。根据每种细胞类型差异表达基因（Differently expressed genes；DEGs）的功能富集分析，揭示每种细胞类型与预期生物过程相关的富集结果； 7. 细化短肢领航鲸大脑皮层五个功能区的神经元亚群，并揭示每种亚群的功能 对短肢领航鲸大脑皮层五个功能区的神经元进行进一步的聚类分群，将其划分为8个兴奋性神经元亚群及4个抑制性神经元亚群。每个亚群的功能与预期相符，DEGs富集在与“轴突发育”等神经系统发育相关的通路中。但也观察到进一步的亚群功能，例如兴奋神经元亚群Ex_3和Ex_6显示与“肌肉收缩”通路具有一定相关性，抑制性神经元亚群In_3显示与“视觉系统发育”等感觉系统发育等通路具有一定相关性； 8. 短肢领航鲸左右大脑皮层存在相似性与差异性 短肢领航鲸大脑皮层五个功能区鉴定的6种细胞类型被发现均匀分布于左右脑皮层中；短肢领航鲸左右大脑皮层之间DEGs、左右大脑皮层细胞类型之间DEGs的富集结果揭示左右大脑皮层功能存在相似性与差异性；左右脑皮层的DEGs都富集在与神经系统发育、大脑发育相关的通路中，然而左脑皮层的DEGs在“学习或记忆”、“视觉系统发育”等通路中富集，右脑皮层的DEGs在“自适应免疫系统”及“DNA修复”等通路中富集； 9. 短肢领航鲸、人、猕猴大脑皮层细胞类型之间高度保守 短肢领航鲸、人、猕猴三个物种大脑皮层细胞类型较为一致，灵长类两个物种细胞类型相似性比短肢领航鲸与灵长类之间的相似性更高，但也存在部分差异的情况，短肢领航鲸兴奋神经元亚群Ex_7与猕猴兴奋性神经元亚群ExN_9之间具有较高相似度，但与任何人类兴奋性神经元亚型均没有很高的相似性。细胞类型相对比例较为相似，但短肢领航鲸中胶质细胞比例相对较高； 10. 鉴定鲸类与灵长类6种细胞类型中可能表现出保守和差异特征的基因 为确定可能与哺乳动物大脑皮层保守特征和独特衍生特征相关的基因表达，发现三个物种每种细胞类型共享的DEGs表现出更为明显的细胞类型特异性表达模式，短肢领航鲸每种细胞类型独特的DEGs可能是鲸类动物独特神经解剖学特征的基础；与脑细胞类型相关的大多数转录因子和神经递质基因在三个物种中显示出差异性。 综上所述，短肢领航鲸基因组序列的破译，有助于更好地理解短肢领航鲸在基因组层面的遗传分化与适应性演化，有利于挖掘短肢领航鲸重要性状相关的基因，为短肢领航鲸的起源、分类、保护提供了基因组资源和分子层面见解；短肢领航鲸大脑皮层五个功能区细胞图谱的构建，提高了对短肢领航鲸大脑皮层细胞异质性的认识，确定了短肢领航鲸大脑皮层细胞类型，为揭示鲸类大脑皮层细胞类型多样性及鲸类大脑演化提供了理论依据。