近日，中國科學院成都生物研究所研究員江建平團隊以飾紋姬蛙為研究對象，綜合采用組織切片、透射電鏡、熒光原位雜交、轉錄組和單細胞轉錄組等方法技術，通過整合分析多維數據，對飾紋姬蛙變態發育中呼吸器官轉變的細胞分子機制進行了深入探究。相關成果分別發表在《動物學前沿》和《通訊生物學》上。
這項研究顯示，飾紋姬蛙鰓和肺中甲狀腺激素受體TR-β基因的表達水平均在登陸的關鍵時間節點（變態高峰期S44）達到峰值。甲狀腺激素是誘導兩棲動物變態發育的關鍵激素。甲狀腺激素與其受體TR結合，能夠誘導兩棲動物在形態、組織和器官水平發生廣泛重塑。因此，在變態高峰期，甲狀腺激素信號通路在飾紋姬蛙鰓和肺的同步激活調控了鰓的吸收和肺的功能建成。
研究人員還進一步發現，在變態高峰期飾紋姬蛙的鰓細胞發生凋亡，代謝底物增加，然而能量生成和蛋白質轉換能力卻減弱。這表明，隨著鰓細胞的凋亡，產生的代謝底物并不用于鰓自身的生命活動。與此同時，底物運輸能力在這一時期增強，提示這些代謝底物可能被運輸至其他組織或器官，為其重構提供必要的能量和物質。
單細胞轉錄組分析表明，在登陸的關鍵時間節點，飾紋姬蛙的肺能夠快速實現形態和功能的建成，主要依靠兩個關鍵步驟。一個是肺間充質干細胞分化為基質成纖維細胞、肌肉成纖維細胞、平滑肌細胞和軟骨細胞，為肺的形態建成搭建框架，并為其功能建成提供了細胞微環境；另一個是肺上皮細胞的時序性分子表達模式發生轉變，增強了肺泡氣體交換、抗氧化和免疫等功能，從而促進了對陸地呼吸方式的適應。
研究人員通過比較非洲爪蟾、飾紋姬蛙、小鼠和人的肺單細胞圖譜，構建了跨物種的肺細胞映射關系。結果顯示，盡管非洲爪蟾和飾紋姬蛙生活在不同環境中，其肺細胞圖譜呈現出高度相關性。有趣的是，研究人員發現，在飾紋姬蛙和哺乳動物的肺部存在兩種內皮細胞類型，而在非洲爪蟾和肺魚中僅發現一種。
此外，他們還發現了兩棲動物的肺中僅有一種肺泡上皮細胞，而羊膜動物中均有兩種肺泡上皮細胞。兩棲動物的一種肺泡上皮細胞兼具了羊膜動物兩種肺泡上皮細胞的特征和功能，這提示脊椎動物在從水到陸演化的過程中逐漸特化出不同類型的肺泡上皮細胞，這可能是對復雜陸地生活的進一步適應。這些結果支持了脊椎動物器官演化主要由細胞而非組織驅動的理論。