Abstract Regeneration-competent species possess the ability to reverse the progression of severe diseases by restoring the function of the damaged tissue. However, the cellular dynamics underlying this capability remain unexplored. Here, we use single-cell transcriptomics to map de novo β-cell regeneration during induction and recovery from diabetes in zebrafish. We show that the zebrafish has evolved two distinct types of somatostatin-producing δ-cells, which we term δ1- and δ2-cells. Moreover, we characterize a small population of glucose-responsive islet cells, which share the hormones and fate-determinants of both β- and δ1-cells. The transcriptomic analysis of β-cell regeneration reveals that β/δ hybrid cells constitute a prominent source of insulin-expression during diabetes recovery. Using in vivo calcium imaging and cell tracking, we further show that the hybrid cells form de novo and acquire glucose-responsiveness in the course of regeneration. The overexpression of dkk3 , a gene enriched in hybrid cells, increases their formation in the absence of β-cell injury. Finally, interspecies comparison shows that plastic δ1-cells are partially related to PP-cells in the human pancreas. Our work provides an atlas of β-cell regeneration and indicates that the rapid formation of glucose-responsive hybrid cells contributes to the resolution of diabetes in zebrafish

SUMMARY In the lesioned zebrafish retina, Müller glia produce multipotent retinal progenitors that generate all retinal neurons, replacing lost cell types. To study the molecular mechanisms linking Müller glia reactivity to progenitor production and neuronal differentiation, we used single cell RNA sequencing of Müller glia, progenitors and regenerated progeny from uninjured and light-lesioned retinae. We discover an injury-induced Müller glia differentiation trajectory that leads into a cell population with a hybrid identity expressing marker genes of Müller glia and progenitors. A glial self-renewal and a neurogenic trajectory depart from the hybrid cell population. We further observe that neurogenic progenitors progressively differentiate to generate retinal ganglion cells first and bipolar cells last, similar to the events observed during retinal development. Our work provides a comprehensive description of Müller glia and progenitor transcriptional changes and fate decisions in the regenerating retina, which are key to tailor cell differentiation and replacement therapies for retinal dystrophies in humans.

The thyroid gland regulates growth and metabolism via production of thyroid hormone in follicles composed of thyrocytes. So far, thyrocytes have been assumed to be a homogenous population. To uncover genetic heterogeneity in the thyrocyte population, and molecularly characterize the non-thyrocyte cells surrounding the follicle, we developed a single-cell transcriptome atlas of the zebrafish thyroid gland. The 6249-cell atlas includes profiles of thyrocytes, blood vessels, lymphatic vessels, immune cells and fibroblasts. Further, the thyrocytes could be split into two sub-populations with unique transcriptional signature, including differential expression of the transcription factor pax2a . To validate thyrocyte heterogeneity, we generated a CRISPR/Cas9-based pax2a knock-in line, which demonstrated specific pax2a expression in the thyrocytes. However, a population of pax2a -low mature thyrocytes interspersed within individual follicles could be distinguished, corroborating heterogeneity within the thyrocyte population. Our results identify and validate transcriptional differences within the nominally homogenous thyrocyte population.One-line summary Single-cell analysis uncovers latent heterogeneity in thyroid follicular cells.![Figure][1] [1]: pending:yes