7月30日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cell Research在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所童明漢研究組、李勁松研究組與北京大學(xué)湯富酬研究組合作的題為“Single-cell RNA-seq Uncovers Dynamic Processes and Critical Regulators in Mouse Spermatogenesis”的最新研究成果。

 

        哺乳動(dòng)物精子發(fā)生是一個(gè)高度復(fù)雜且受到嚴(yán)密調(diào)控的細(xì)胞發(fā)育過程。該過程包含三個(gè)最基本的細(xì)胞生物學(xué)事件：有絲分裂、減數(shù)分裂和精子形成。在有絲分裂過程中，精原細(xì)胞經(jīng)歷自我更新、增殖和分化，保證了精子發(fā)生的持續(xù)性和穩(wěn)定性；在減數(shù)分裂過程中，發(fā)生同源染色體配對(duì)、重組交換與精確分離，在保證遺傳穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了配子遺傳物質(zhì)的高度多樣性；在精子形成過程中，則發(fā)生了頂體形成、鞭毛組裝、組蛋白-魚精蛋白轉(zhuǎn)換、核濃縮和包裝重建等一系列復(fù)雜的分子和形態(tài)學(xué)變化，使精子細(xì)胞具備了運(yùn)動(dòng)和受精潛能。上述過程中生精細(xì)胞類型的多樣性和生物學(xué)事件的高度復(fù)雜性決定了精子發(fā)生是研究基因表達(dá)調(diào)控的絕佳模型。

 

        數(shù)十年來，盡管哺乳動(dòng)物精子發(fā)生的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是仍然存在著許多制約因素限制了哺乳動(dòng)物精子發(fā)生的研究，使其進(jìn)展相對(duì)于其它學(xué)科顯得較為緩慢。例如，目前尚無高效和通用的精子發(fā)生體外培養(yǎng)體系； 缺乏獲取高純度的、均一的、處于特定發(fā)育階段的各級(jí)生精細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。因此，當(dāng)前對(duì)精子發(fā)生機(jī)制的研究大多基于類型混雜的群體細(xì)胞的系綜平均研究，而非均一性的單個(gè)細(xì)胞的系統(tǒng)研究。

 

        童明漢、李勁松研究組與北京大學(xué)湯富酬研究組合作的研究成果開創(chuàng)性地將精子發(fā)生同步化方法與生殖細(xì)胞特異性熒光標(biāo)記相結(jié)合，建立了分離獲取高純度的、均一的、處于任意類型的不同發(fā)育階段的小鼠生精細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)體系；應(yīng)用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的方法，繪制了小鼠精子發(fā)生過程的轉(zhuǎn)錄組精細(xì)圖譜。該工作系統(tǒng)揭示了精子發(fā)生過程中基因表達(dá)調(diào)控的動(dòng)態(tài)變化，篩選、驗(yàn)證了不同發(fā)育階段的關(guān)鍵調(diào)控因子，證實(shí)了不同發(fā)育階段精子細(xì)胞與卵細(xì)胞結(jié)合后產(chǎn)生的胚胎具有不同的發(fā)育潛能，同時(shí)系統(tǒng)地總結(jié)了精子發(fā)生過程中RNA可變剪接的動(dòng)態(tài)變化、減數(shù)分裂性染色體失活（MSCI）等多種關(guān)鍵生物學(xué)事件的核心規(guī)律。該研究為后續(xù)全面研究精子發(fā)生調(diào)控機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)和寶貴資源，并為臨床男性生殖障礙的診療提供了理論指導(dǎo)，為最終闡明哺乳動(dòng)物精子發(fā)生的分子調(diào)控機(jī)制提供了可能途徑。

 

        生化與細(xì)胞所博士后陳瑤、北京大學(xué)博士生鄭宇軒和高云、生化與細(xì)胞所博士生林震和楊蘇明為該文章并列第一作者，生化與細(xì)胞所童明漢研究員、北京大學(xué)湯富酬教授、生化與細(xì)胞所李勁松研究員為該文章的共同通訊作者。此項(xiàng)工作得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、科技部（973計(jì)劃）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海生科院基金、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科委、北京未來基因診斷高精尖創(chuàng)新中心的支持。

 

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