Abstract Bats are a major “viral reservoir” in nature and there is a great interest in not only the cell biology of their innate and adaptive immune systems, but also in the expression patterns of receptors used for cellular entry by viruses with potential cross-species transmission. To address this and other questions, we created a single-cell transcriptomic atlas of the Chinese horseshoe bat ( Rhinolophus sinicus ) which comprises 82,924 cells from 19 organs and tissues. This atlas provides a molecular characterization of numerous cell types from a variety of anatomical sites, and we used it to identify clusters of transcription features that define cell types across all of the surveyed organs. Analysis of viral entry receptor genes for known zoonotic viruses showed cell distribution patterns similar to that of humans, with higher expression levels in bat intestine epithelial cells. In terms of the immune system, CD8+ T cells are in high proportion with tissue-resident memory T cells, and long-lived effector memory nature killer (NK) T-like cells ( KLRG1 , GZMA and ITGA4 genes) are broadly distributed across the organs. Isolated lung primary bat pulmonary fibroblast (BPF) cells were used to evaluate innate immunity, and they showed a weak response to interferon β and tumor necrosis factor-α compared to their human counterparts, consistent with our transcriptional analysis. This compendium of transcriptome data provides a molecular foundation for understanding the cell identities, functions and cellular receptor characteristics for viral reservoirs and zoonotic transmission.

Abstract Bat coronavirus (CoV) RaTG13 shares the highest genome sequence identity with SARS-CoV-2 among all known coronaviruses, and also uses human angiotensin converting enzyme 2 (hACE2) for virus entry. Thus, SARS-CoV-2 is thought to have originated from bat. However, whether SARS-CoV-2 emerged from bats directly or through an intermediate host remains elusive. Here, we found that Rhinolophus affinis bat ACE2 (RaACE2) is an entry receptor for both SARS-CoV-2 and RaTG13, although RaACE2 binding to the receptor binding domain (RBD) of SARS-CoV-2 is markedly weaker than that of hACE2. We further evaluated the receptor activities of ACE2s from additional 16 diverse animal species for RaTG13, SARS-CoV, and SARS-CoV-2 in terms of S protein binding, membrane fusion, and pseudovirus entry. We found that the RaTG13 spike (S) protein is significantly less fusogenic than SARS-CoV and SARS-CoV-2, and seven out of sixteen different ACE2s function as entry receptors for all three viruses, indicating that all three viruses might have broad host rages. Of note, RaTG13 S pseudovirions can use mouse, but not pangolin ACE2, for virus entry, whereas SARS-CoV-2 S pseudovirions can use pangolin, but limited for mouse, ACE2s enter cells. Mutagenesis analysis revealed that residues 484 and 498 in RaTG13 and SARS-CoV-2 S proteins play critical roles in recognition of mouse and human ACE2. Finally, two polymorphous Rhinolophous sinicus bat ACE2s showed different susceptibilities to virus entry by RaTG13 and SARS-CoV-2 S pseudovirions, suggesting possible coevolution. Our results offer better understanding of the mechanism of coronavirus entry, host range, and virus-host coevolution.