Evolution and diversification of cell types has contributed to animal evolution. However, gene regulatory mechanisms underlying cell fate acquisition during development remains largely uncharacterized in spiralians. Here we use a whole-organism, single-cell transcriptomic approach to map larval cell types in the annelid Capitella teleta at 24- and 48-hours post gastrulation (stages 4 and 5). We identified eight unique cell clusters (undifferentiated precursors, ectoderm, muscle, ciliary-band, gut, neurons, neurosecretory cells and protonephridia), thus helping to identify previously uncharacterized molecular signatures such as novel neurosecretory cell markers. Analysis of coregulatory programs in individual clusters revealed gene interactions that can be used for comparisons of cell types across taxa. We examined the neural and neurosecretory clusters more deeply and characterized a differentiation trajectory starting from dividing precursors to neurons using Monocle3 and velocyto. Pseudotime analysis along this trajectory identified temporally-distinct cell states undergoing progressive gene expression changes over time. Our data revealed two potentially distinct neural differentiation trajectories including an early trajectory for brain neurosecretory cells. This work provides a valuable resource for future functional investigations to better understanding neurogenesis and the transitions from neural precursors to neurons in an annelid.

中文翻译：

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使用单细胞RNAseq解决转录状态并预测无性小肠轮虫中的谱系

细胞类型的进化和多样化促进了动物的进化。然而，在螺旋生长过程中，在发育过程中获得细胞命运的基因调控机制仍然是未知的。在这里，我们使用一种全生物，单细胞转录组学方法来绘制胃炎后24小时和48小时（第4和第5阶段）的无性小肠轮虫中的幼虫细胞类型。我们确定了八个独特的细胞簇（未分化的前体，外胚层，肌肉，睫状带，肠道，神经元，神经分泌细胞和前肾上腺），从而有助于鉴定先前未表征的分子特征，例如新型神经分泌细胞标记。对单个簇中的调控程序的分析揭示了可用于比较整个分类单元中细胞类型的基因相互作用。我们更深入地检查了神经和神经分泌簇，并描述了从使用Monocle3和细胞速度将前体划分为神经元开始的分化轨迹。沿该轨迹的伪时间分析确定了时间上与众不同的细胞状态，这些细胞状态随着时间的推移逐渐发生基因表达变化。我们的数据揭示了两种潜在的不同的神经分化轨迹，包括脑神经分泌细胞的早期轨迹。这项工作为将来的功能研究提供了宝贵的资源，以更好地了解神经发生以及在蛛网膜中从神经前体到神经元的过渡。沿该轨迹的伪时间分析确定了时间上与众不同的细胞状态，这些细胞状态随着时间的推移逐渐发生基因表达变化。我们的数据揭示了两种潜在的不同的神经分化轨迹，包括脑神经分泌细胞的早期轨迹。这项工作为将来的功能研究提供了宝贵的资源，以更好地了解神经发生以及在蛛网膜中从神经前体到神经元的过渡。沿该轨迹的伪时间分析确定了时间上与众不同的细胞状态，这些细胞状态随着时间的推移逐渐发生基因表达变化。我们的数据揭示了两种可能不同的神经分化轨迹，包括脑神经分泌细胞的早期轨迹。这项工作为将来的功能研究提供了宝贵的资源，以更好地了解神经发生以及在蛛网膜中从神经前体到神经元的过渡。