实验室揭示犏牛精原细胞形成过程异常的可能原因

犏牛是牦牛(Bos grunniens)和普通牛(Bos taurus)的杂交后代，雌性犏牛生育力正常，但雄性犏牛因生精异常而不育，由此成为研究生殖隔离分子机制和物种形成的天然模型。围绕犏牛生精阻滞的机理研究主要聚焦在生殖细胞本体的发育和分化过程中，如精原细胞的有丝分裂和精母细胞的减数分裂。此外，作为唯一与曲细精管中的生精细胞直接相互作用的体细胞，支持细胞通过为生殖细胞提供必要的结构、营养和调节支持，在哺乳动物精子发生中发挥关键作用，如调节生殖细胞的存活、命运决定和增殖过程。已有研究发现高度依赖支持细胞信号的精原细胞分化在犏牛中出现异常，且与同龄牦牛相比，3月龄犏牛支持细胞中含有大量与基因表达抑制相关的H3K27me3和H4K20me3，但与基因表达激活相关的H3K4me3缺失；表观修饰的异常是否会影响犏牛支持细胞中的基因表达？这是否对同期发生的性原细胞向精原细胞转变过程产生影响？为此，本研究通过细胞差速贴壁法分离3月龄牦牛和犏牛支持细胞进行转录组测序，以探究支持细胞在牦牛杂交后代不育中的基因表达特征和潜在作用。结果表明，3月龄犏牛支持细胞中的5mC和5hmC信号均与同龄牦牛有显著差异（P<0.05）。支持细胞转录组测序一共鉴定到402个差异表达基因，其中参与性原细胞向精原细胞转变的胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)上调，且参与维甲酸(RA)合成的基因在犏牛支持细胞中的表达也发生变化，这表明精原细胞命运决定可能受损。进一步的研究表明，3月龄犏牛的性原细胞和未分化精原细胞数量显著高于同龄牦牛(P<0.01)。外源性GDNF显著促进了牦牛UCHL1阳性精原细胞的增殖。综上所述，GDNF表达和RA信号的改变影响了犏牛未分化精原细胞的命运决定，这些发现突出了支持细胞及其衍生因子在杂交不育中的作用。

相关研究结果以 Transcriptome analysis reveals dysregulated gene expression networks in Sertoli cells of cattle-yak hybrids 为题，于3月21日在 Theriogenology 杂志在线发表。中国科学院西北高原生物研究所博士研究生伍仕鑫为文章第一作者，杨其恩研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划(2021YFD1600201)、国家自然科学基金(31972574)、中国科学院战略性先导科技专项(XDA2004010303)、青海省自然科学基金(2019-ZJ-902)、中科院“百人计划”和青海省“千人计划”等项目的资助与支持。

论文模式图：3月龄犏牛支持细胞转录组特征变化影响精原细胞命运决定