Cortical neurons exhibit extreme diversity in gene expression as well as in morphological and electrophysiological properties 1 , 2 . Most existing neural taxonomies are based on either transcriptomic 3 , 4 or morpho-electric 5 , 6 criteria, as it has been technically challenging to study both aspects of neuronal diversity in the same set of cells 7 . Here we used Patch-seq 8 to combine patch-clamp recording, biocytin staining, and single-cell RNA sequencing of more than 1,300 neurons in adult mouse primary motor cortex, providing a morpho-electric annotation of almost all transcriptomically defined neural cell types. We found that, although broad families of transcriptomic types (those expressing Vip , Pvalb , Sst and so on) had distinct and essentially non-overlapping morpho-electric phenotypes, individual transcriptomic types within the same family were not well separated in the morpho-electric space. Instead, there was a continuum of variability in morphology and electrophysiology, with neighbouring transcriptomic cell types showing similar morpho-electric features, often without clear boundaries between them. Our results suggest that neuronal types in the neocortex do not always form discrete entities. Instead, neurons form a hierarchy that consists of distinct non-overlapping branches at the level of families, but can form continuous and correlated transcriptomic and morpho-electrical landscapes within families. Single-cell transcriptomic, morphological and electrophysiological characteristics are combined to classify more than 1,300 neurons from mouse motor cortex.

中文翻译：

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小鼠运动皮层转录组细胞类型的表型变异

皮层神经元在基因表达以及形态学和电生理学特性方面表现出极大的多样性 1, 2。大多数现有的神经分类学都基于转录组学 3、4 或形态电学 5、6 标准，因为在同一组细胞 7 中研究神经元多样性的两个方面在技术上具有挑战性。在这里，我们使用 Patch-seq 8 结合了成年小鼠初级运动皮层中 1,300 多个神经元的膜片钳记录、生物胞素染色和单细胞 RNA 测序，提供了几乎所有转录组定义的神经细胞类型的形态电注释。我们发现，尽管转录组类型的广泛家族（那些表达 Vip 、 Pvalb 、 Sst 等）具有不同且基本上不重叠的形态电表型，同一个家族中的各个转录组类型在形态电空间中没有很好地分离。相反，形态学和电生理学存在连续的变异性，相邻的转录组细胞类型显示出相似的形态电特征，它们之间通常没有明确的界限。我们的结果表明，新皮质中的神经元类型并不总是形成离散的实体。相反，神经元形成一个层次结构，该层次结构由家族级别的不同的非重叠分支组成，但可以在家族内形成连续且相关的转录组学和形态电景观。结合单细胞转录组学、形态学和电生理学特征对小鼠运动皮层的 1,300 多个神经元进行分类。形态学和电生理学存在连续变异性，相邻的转录组细胞类型显示出相似的形态电特征，它们之间通常没有明确的界限。我们的结果表明，新皮质中的神经元类型并不总是形成离散的实体。相反，神经元形成一个层次结构，该层次结构由家族级别的不同的非重叠分支组成，但可以在家族内形成连续且相关的转录组学和形态电景观。结合单细胞转录组学、形态学和电生理学特征对小鼠运动皮层的 1,300 多个神经元进行分类。形态学和电生理学存在连续变异性，相邻的转录组细胞类型显示出相似的形态电特征，它们之间通常没有明确的界限。我们的结果表明，新皮质中的神经元类型并不总是形成离散的实体。相反，神经元形成一个层次结构，该层次结构由家族级别的不同的非重叠分支组成，但可以在家族内形成连续且相关的转录组学和形态电景观。结合单细胞转录组学、形态学和电生理学特征对小鼠运动皮层的 1,300 多个神经元进行分类。它们之间通常没有明确的界限。我们的结果表明，新皮质中的神经元类型并不总是形成离散的实体。相反，神经元形成一个层次结构，该层次结构由家族级别的不同的非重叠分支组成，但可以在家族内形成连续且相关的转录组学和形态电景观。结合单细胞转录组学、形态学和电生理学特征对小鼠运动皮层的 1,300 多个神经元进行分类。它们之间通常没有明确的界限。我们的结果表明，新皮质中的神经元类型并不总是形成离散的实体。相反，神经元形成一个层次结构，该层次结构由家族级别的不同的非重叠分支组成，但可以在家族内形成连续且相关的转录组学和形态电景观。结合单细胞转录组学、形态学和电生理学特征对小鼠运动皮层的 1,300 多个神经元进行分类。