基于高通量转录组测序技术的无精子症患者睾丸组织比较转录组分析

本研究探讨不同程度无精子症患者睾丸组织的转录组差异,了解差异表达基因(DEG)在功能、分类和代谢通路的不同,揭示无精子症患者精子发生分子机制,为促进男性不育研究的发展提供理论基础.选取1份非梗阻性无精子症和4份梗阻性无精子症患者睾丸组织样品(从无精子到有精子),进行RNA提取和文库构建,利用Illumina HiSeqTM2500高通量测序,构建无精子症患者睾丸组织转录组文库,并用生物信息学方法进行分析.结果发现,样品比对基因组数据库的平均比对率为94.38%,共检测2 242个属于预测新的蛋白质编码基因的转录本.得到差异表达基因统计结果为:NOA vs. OA1基因上调8 045,下调1 150;OA1 vs. OA2基因上调1 538,下调420;OA2 vs. OA3基因上调1 275,下调1 690;OA3 vs. OA4基因上调1 834,下调1 853.比较5例无精子症睾丸组织的差异基因KEGG,主要富集在RNA降解通路、基底细胞瘤通路、癌通路、黑色素生成通路和调节干细胞多能性等信号通路. PRM1、PRM2、TNP1、UBXN6、CXCL16、NUPR2、CCDC136和CRISP2等基因的表达呈递增趋势,并具有时序特异性.此外,5例无精子症睾丸组织的表达基因有不同程度的基因融合.综上,基因融合可能和无精子症相关,并且不同程度无精子症患者睾丸组织的差异表达基因数量、功能、分类和代谢通路不同.本研究筛选出精子发生、精子运动等差异表达基因,丰富了无精子症患者睾丸组织转录组信息,为开展无精子症患者睾丸组织相关基因及分子调控机制的研究奠定基础.     

精子介导转基因动物的制备

近年来 ,通过显微注射DNA至孵育的卵母细胞原核或外源基因转染后的胚胎干细胞进行转基因动物的生产已取得了令人瞩目的成就。在过去的 1 0年中 ,以精子作载体制备转基因哺乳动物或脊椎动物也取得了一些不同程度的进展。这些技术主要包括 :直接将外源DNA与精子共孵育至成熟 ;提取分离的精子DNA或进行预处理至精子发育成熟 ;以及在辅助受精前分离精子细胞等。此外 ,一些显微注射技术 ,如在输精管内进行体内直接转染雄性生殖细胞 ;将体内转染的雄性生殖细胞植入已分离的雄性生殖细胞 ,再显微注射至受体的睾丸 ,这些技术也逐渐成熟起来。研究表明 ,通过体内、体外转染外源DNA的显微操作技术只需将雄性受体与野生型雌性交配就可产生出转基因的后代个体 ,同时也避免了辅助受精和胚胎操作带来的机械损伤 ,因此具有一定的优势。本文综述了精子介导转基因 (SMGT)技术的发展历程、研究现状及前沿进展。     

利用雄性生殖细胞建立转基因动物

追溯了用雄性生殖细胞建立转基因动物的发展历程 ,系统阐述了本领域理论和实践的最新进展 ,围绕方法学逐渐改进和完善的过程 ,从利用精子和精原干细胞携带外源DNA两个方向展开 ,分析和评价了DNA转移方法与精子载体法结合、胞浆内单精子注射、蛋白连接的精子介导的基因转移、输精管注射法以及曲细精管显微注射法和精原干细胞移植法 6种实验设计方法。     

外源基因对精子的影响及其在山羊早期胚胎中的表达

摘要: 在前期实验中发现, 山羊精子可自发结合外源DNA, 但结合能力在不同动物个体之间差异显著。挑选结合能力明显不同的3只公羊, 进一步探讨了外源DNA对精子的影响及其在早期胚胎中的表达, 结果发现: 外源基因与精子共同孵育后, 精子的活率、顶体反应发生率和受精能力均呈下降态势, 其降幅与精子的结合能力密切相关。利用与DNA共育后的精子进行体外受精, 外源基因可被导入卵母细胞并在早期胚胎中获得表达, 但胚胎阳性率因精子供体不同而差异显著(P<0.05); 其中来源于高、中结合能力供体生产的胚胎, 分别有16.2%(25/154)和5.3%(4/76)可检测到外源基因存在, 但表达仅见于高结合能力供体生产的早期胚胎, 表达率为6.5%(10/154); 低结合能力供体生产的胚胎无外源基因。研究表明, 在以精子载体方法生产转基因动物的实验过程中, 筛选对DNA结合能力较强的精子供体是提高转基因效率的前提, 但需要考虑外源DNA对精子受精能力的影响。     

Doppel蛋白及其对动物生殖的影响

Doppel(简称Dpl)是新发现的一种糖基磷脂酰肌醇锚定(GPI)结构糖蛋白, 在结构上与朊蛋白(Prion protein, PrP)相似, 其编码基因位于朊蛋白编码基因(Prion protein gene, PRNP)下游, 但在生理功能上两者差异较大。Dpl蛋白在成年动物体内的表达主要集中在睾丸组织, 对雄性动物精子完整性、活力以及维持正常受精能力等生殖功能具有重要作用。以下主要综述了Dpl蛋白的生物学特征、生理功能以及对雄性动物生殖调控的影响, 旨在为Dpl蛋白的功能研究和雄性动物生殖调控研究提供理论参考。     

精子功能相关的蛋白质调控受精过程的研究进展

哺乳动物的受精过程涉及到精子一系列的功能活动,如精子在雌性生殖道的运行、精子的超活化与获能、顶体反应以及精卵融合等。在精子经历的这一系列过程中,精子功能相关的蛋白质发挥着不可或缺的作用,这些蛋白分子的正常与否与雄性个体的繁殖力高低密切相关,因此精子功能相关的蛋白质能够作为评定哺乳动物精液受精能力的生物标记。文章主要对哺乳动物精子功能相关的蛋白质进行了综述,以阐述相关蛋白分子对精子运动活力、精子获能、顶体反应、透明带穿入和精卵融合等方面的重要作用以及这些蛋白分子在家畜遗传改良上的潜在应用。     

精子DNA甲基化异常与男性不育

DNA甲基化／去甲基化是表观遗传学最重要的内容并可以控制基因的表达和印迹,越来越多的研究显示DNA甲基化异常与不育男性精子发生异常、特定肿瘤的发生、神经系统疾病、Rett综合征等有关。文章通过总结近来的相关研究资料来阐述精子发生过程中的DNA甲基化状态的改变,探讨精子DNA的甲基化异常与男性不育之间的联系,旨在为男性不育的治疗提供新的临床思路。     

利用雄性生殖细胞建立转基因动物的研究进展

随着科学研究的不断深入及临床治疗的需要,人们对转基因动物的需求越来越大;但是传统的转基因动物技术大多操作复杂、成本高、效率低,从而限制了转基因技术的广泛应用。利用雄性生殖细胞作为载体介导外源基因导入受精卵来建立转基因动物具有操作简便、经济、易于推广的优点,发展前景广阔。该文就利用雄性生殖细胞建立转基因动物的发展历程和方法进行系统的阐述和分析。从利用精子和精原干细胞携带外源DNA两个方向展开,分别分析和评价了恒温共孵育法、脂质体介导法、电穿孔法、胞浆内单精子注射法、输精管注射法、体外转染精原干细胞法以及体内转染精原干细胞法七种实验设计方法。     

昆虫雄性附腺功能蛋白研究进展

昆虫雄性附腺蛋白是精液蛋白的主要来源,对雌雄虫生殖过程具有重要生理功能,按功能可分为精包结构蛋白和功能蛋白两类。精包结构蛋白参与精包的形成;功能蛋白在交配过程中随精子一起转移到雌虫体内,导致雌虫行为和生理的深刻变化,如降低雌虫再交配率、提高产卵量、促进精子转移、储存和竞争等。随着对昆虫雄性附腺功能蛋白研究的深入,特别对果蝇附腺功能蛋白的详细研究,从分子水平上阐述蛋白质序列与功能的关系,明确其作用机制,可为进一步阐明昆虫生殖和进化机制等提供新依据。     

江豚Sry基因和Dmrt家族六个基因的序列分析

Sry基因是哺乳动物性别决定的开关基因,其功能是调控下游Dmrt、Sox3、Sox9等基因来启动性别的分化过程。Dmrt家族是一个在性别决定和分化发育中具有重要功能的基因家族,该家族成员都含有一个具有DNA结合能力的保守基序-DM结构域。本文通过PCR及克隆获得了江豚的Sry基因全序列;通过PCR-SSCP法筛选获得了江豚的Dmrt家族六个不同DM序列。结果显示,雄性个体中存在Sry基因,而Dmrt基因在雌雄个体中都有,与其他动物相关基因进行聚类分析,显示它们在进化上具有高度的保守性。     

植物功能着丝粒DNA研究进展

着丝粒（centromere）是真核生物染色体的重要功能结构。在细胞有丝分裂和减数分裂过程中,着丝粒通过招募动粒蛋白行使功能,保障染色体正确分离和传递。真核生物中,含有着丝粒特异组蛋白的CenH3区域被定义为功能着丝粒区,即真正意义上的着丝粒。近年来,借助染色质免疫沉淀技术,人们对功能着丝粒DNA开展了深入研究,揭示其组成、结构及演化特征,并发现功能着丝粒区存在具有转录活性的基因,且部分基因具有重要生物学功能。由于存在大量重复DNA,着丝粒演化之谜一直未能完全揭示。对植物功能着丝粒DNA序列研究进展进行了概述,并重点阐述了着丝粒重复DNA研究的新方法和新进展,以期为深入开展相关研究提供借鉴。     

精子载体鱼的转化成功

匈牙利农业生物技术中心分子遗传学研究所的Laszio Orban将精子作为载体,基因操作鲤鱼和非洲鲶等获得成功。实验方法是首先将在劳氏肉瘤病毒的启动子上结合氯霉素·乙酰转移酶基因(CAT)的质粒DNA(10μg)与10μg的精子(10~9～10~(10)个/ml)混合,短时培养后给予电击。因此,在1个精子内可导入几千个拷贝的质粒。一旦用这种精子使卵子受精,就会有1～3%的卵子发生性状转化,用孵化的转基因鱼确认CAT基因的存在和CAT蛋白的表达。     

精子的运动特性

精子的运动特性与生育力有密切关系。本文从超微结构水平和分子生物学基础出发,阐述精子运动机制的微管滑动学说;介绍了精子在液体介质中的运动形式、检测精子活动力的主要技术、影响精子活动力的因素、从异常精液中选择正常精子的技术,以及精子活动力在雄性和雌性生殖道中的演变过程。     

利用精子介导法向蚕卵导入外源基因的研究

为建立家蚕转基因中切实可行、操作简便的外源基因导入方法,进行了精子介导法探索,以精子介导法的三种方式向家蚕导入所构建质粒pFbGFP,并通过PCR扩增和DNA印迹等手段,已连续两代从基因组DNA检测到导入外源基因GFP的存在,其中的一种导入方式到第二代阳性率约30% .结果表明该法可有效进行家蚕转基因的外源基因导入.     

脂质体介导鸡精子与外源DNA的结合

精子充当外源ＤＮＡ的载体提出了一条新的基因转移途径。由于这个构想方法学非常简单,利用人工授精程序就可以生产转基因动物,因而引起人们广泛的注意^[1].精子载体法一出现就引发了一场争论,对于这种方法的可行性人们仍持谨慎态度^[2-3].精子在与外源DNA混合培养后DNA能否进入精子的内部,这是精子载体法是否可行的关键。本文应用Southem杂交技术分析了精子与外源DNA的相互作用。     

利用卵胞浆精子注射（ICSI）技术生产转基因小鼠

在掌握小鼠ICSI技术的基础上,进行了ICSI技术生产转基因小鼠的研究。来自成年KM小鼠附睾尾的精子,使用未加抗冻剂的HEPES-CZB溶液,在液氮中冻融1次后,用于本实验。解冻精子与DNA混匀1min后,精子头被显微注射到B6D2F1小鼠成熟卵母细胞质中。精子头与pEGFP-N1环状DNA共注射生产的ICSI受精卵,在CZB溶液中培养至囊胚期时,39.1%(9/23)的囊胚表达GFP基因。精子注射后6h,直接移植ICSI受精卵后,7只妊娠受体一共产仔30只,效率为23.8%(30/126)。Southernblot分析其中16只小鼠发现,3只(18.8%)转基因小鼠同时整合了GFP和Neomycin基因,它们全部来自精子和线性DNA混合的实验组(阳性效率为33.3%,3/9),相反,精子与环状质粒DNA共注射生产的7只ICSI后代中,没有检测到外源基因。转基因小鼠整合的外源基因能够传递给它们后代。结果说明,利用ICSI技术可以高效地生产转基因小鼠,宿主基因组可能更容易整合线性化的外源基因。     

线粒体呼吸功能与精子活力、核DNA损伤的相关性分析

为探讨线粒体呼吸功能与精子活力、核DNA损伤程度之间的相关性,按WHO标准收集34例不同活力的精液标本,采用蔗糖差速离心法或密度梯度离心法提取精子线粒体,通过铂氧电极-溶氧仪测定线粒体呼吸耗氧率并计算状态III呼吸、状态IV呼吸、呼吸控制率（RCR）、磷氧比（P／0）及氧化磷酸化效率（0PR）;应用精子染色质扩散（sperm chromatin dispersion,SCD）实验检测精子DNA损伤情况。结果表明：不同活力精子线粒体状态Ⅲ呼吸耗氧量之间具有显著差异俨〈0．01）;弱精子症组RcR和OPR与正常对照组比较,分别降低了17．03％（P〈0．05）和40．74％（P〈0。01）;精子DNA损伤程度与精子活力、状态III呼吸及OPR均呈极显著负相关（r值分别是-0．812、-0．788和-0．696）。以上结果提示：精子线粒体呼吸耗氧和氧化磷酸化功能与精子活力之间存在着密切的联系;精子DNA（包括mtDNA）损伤可能影响精子的正常功能。     

绒山羊Scp3基因的克隆及睾丸中第一轮减数分裂的发生

联会复合体蛋白3（synaptonemal complex protein 3, Scp3）是雄性生殖细胞减数分裂中联会复合体形成必需的组成部分,在哺乳动物生殖细胞减数分裂中具有重要功能。通过RT-PCR扩增和分子克隆的方法首次克隆到了绒山羊Scp3基因的编码区片段。测序结果表明,绒山羊与牛的Scp3基因编码序列同源率达到98％。根据测得的DNA序列,设计引物,用RT-PCR方法分析测定了青春前期绒山羊不同个体中睾丸组织的Scp3的转录表达。结果显示,雄性绒山羊青春前期睾丸发育存在个体差异,已分析的样品第一轮减数分裂发生的时间普遍为73天之后。这一结果为绒山羊的睾丸发育和精子发生过程的相关研究打下了基础。     

特发性少精子症和无精子症与Pygo2基因蛋白编码区SNPs的相关性

男性不育常伴随精子数量减少。Pygo2基因在染色质重塑的伸长精细胞中表达, 其功能受损会导致精子形成阻滞和精子生成减少而引发不育。文章旨在检测引起人特发性少精子症和无精子症的Pygo2基因突变。从77例正常生育力男性和195例特发性少精子症和无精子症患者静脉血提取DNA, 采用聚合酶链式反应-测序方法对Pygo2基因3个蛋白质编码区进行测序对比, 非同义单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphisms, SNPs)位点分别用SIFT、Polyphen-2和 Mutation Taster软件进行诱发蛋白质结构和表型改变的检测和分析。结果表明, 195例患者中, 178例(30例轻度或中度少精子症, 57例重度少精子症和91例无精子症)基因序列分析报告完好, 无精子症中3例患者分别在2个位点(rs61758740, rs141722381)发生了非同义突变SNPs, 重度少精子症中1例患者在位点rs61758741发生了非同义突变, 3个突变位点在SNPs基因数据库都已有报道, 轻度或中度少精子症患者以及正常生育力男性中不存在SNPs。rs61758740可使PYGO2蛋白第141位蛋氨酸(M)变为异亮氨酸(I), rs61758741使PYGO2蛋白第261位碱性赖氨酸(K)变为酸性谷氨酸(E), rs141722381使PYGO2蛋白第240位亲水侧链天冬酰胺(N)变为疏水侧链异亮氨酸(I)。软件分析表明, 在所发现的3个SNP非同义突变位点中, rs141722381引起的单个氨基酸改变会导致PYGO2蛋白空间结构破坏和诱发相关疾病。因此, Pygo2基因蛋白质编码序列区SNPs可能是特发性少精子症和无精子症的诱发因素之一, 导致男性不育。