犏牛雄性不育的減數(shù)分裂基因表達與表觀遺傳調控研究進展

陳會友，張建敏，李柏森，鄧永琳，張龔煒

綜 述

犏牛雄性不育的減數(shù)分裂基因表達與表觀遺傳調控研究進展

陳會友，張建敏，李柏森，鄧永琳，張龔煒

西南大學動物科學技術學院，重慶 402460

種間雜交雄性不育是自然界普遍現(xiàn)象，是物種形成生殖隔離的重要方式。犏牛作為牦牛()和普通牛()的種間雜交后代，表現(xiàn)為公犏牛不育，而母犏?？捎?，是研究種間雜交雄性不育的良好動物模型。近年來利用分子生物學技術發(fā)現(xiàn)犏牛睪丸組織中大量基因表達紊亂。研究表明，DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等表觀遺傳因素參與精子發(fā)生過程。本文從減數(shù)分裂相關的基因表達、DNA甲基化、microRNA (miRNA)、PIWI蛋白相互作用的RNA (PIWI-interactingRNA, piRNA)、長鏈非編碼RNA (long non-coding RNA, lncRNA)和組蛋白甲基化修飾等方面總結了犏牛雄性不育的相關研究進展，以期從遺傳和表觀遺傳調控角度更加深入理解犏牛雄性不育的分子機理。

犏牛；雄性不育；表觀遺傳；基因表達

牦牛()被稱為“高原之舟”，是青藏高原地區(qū)不可或缺的全能家畜，對高寒、缺氧和強紫外線等惡劣的生態(tài)環(huán)境條件有極強的適應性，是當?shù)鼐用癫豢苫蛉钡纳a(chǎn)資料和生活資料。但是牦牛乳、肉用生產(chǎn)性能較低。為了改善牦牛生產(chǎn)性能，利用牦牛和優(yōu)良肉用、奶用普通牛()開展種間雜交，F(xiàn)1、F2代犏牛具有明顯雜種優(yōu)勢，肉用、奶用均比親本牦牛有顯著提高并能適應高原地區(qū)環(huán)境氣候。但是，F(xiàn)1、F2代犏牛雄性不育，這使得其雜種優(yōu)勢無法通過橫交固定，無法通過雜交育種改良牦牛品種，成為阻礙藏區(qū)牦牛產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。種間雜交雄性不育是自然界普遍現(xiàn)象，是物種形成生殖隔離的重要方式。犏牛雄性不育也是探索物種形成生殖隔離的良好動物模型。目前，國內(nèi)外學者已從雜交改良、組織學、內(nèi)分泌學、生物化學、細胞遺傳學和分子生物學等主要領域展開研究[1,2]。最近研究表明，DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等表觀遺傳因素是調控基因表達的重要因子，并對精子發(fā)生過程起關鍵作用[3]。本文從基因表達、DNA甲基化、組蛋白甲基化修飾和非編碼RNA等方面總結了犏牛雄性不育的相關研究進展，以期從遺傳和表觀遺傳調控角度更加深入理解犏牛雄性不育的分子機理。

1 基因表達紊亂與犏牛雄性不育

組織學研究發(fā)現(xiàn)，犏牛雄性不育主要表現(xiàn)為精母細胞數(shù)量減少，生精小管內(nèi)極少見精子細胞，表明犏牛雄性不育主要是生精細胞減數(shù)分裂過程受阻[4]。減數(shù)分裂是有性生殖過程中產(chǎn)生配子的一種特殊分裂方式，是哺乳動物繁衍后代的必須條件。研究人員在減數(shù)分裂相關基因上展開大量研究，以探索減數(shù)分裂基因表達紊亂與犏牛雄性不育的關系，其研究主要集中在以下蛋白家族(表1)。

表1 犏牛雄性不育相關基因

1.1 DAZ (deleted in azoospermia)蛋白家族

DAZ蛋白家族主要有3個成員，(the deleted in azoospermia)基因位于Y染色體上，(deleted in azoospermia like)和(boule protein)是常染色體基因，這3個基因編碼蛋白是RNA結合蛋白，在生殖細胞特異表達，是精子發(fā)生過程的主要調控因子。有4個拷貝，以頭對頭的形式排列在Y染色體上，基因產(chǎn)物具有RNA結合蛋白特性，在睪丸組織特異性表達，可能與精子生成有關，是決定精子生成的基因[5]。與基因同源性約為83％，在黃牛()和牦牛睪丸組織中表達，在F1代犏牛睪丸組織不表達，并且的DNA甲基化程度顯著高于黃牛和牦牛[6]。這與小鼠()基因敲除后導致精子發(fā)生停止或功能異常結果一致[7]，說明基因可能對犏牛雄性不育有重要影響。BOULE是動物精母細胞減數(shù)分裂過程中的必需蛋白(圖1)，與精子發(fā)生減數(shù)分裂阻滯、雄性不育等密切相關，F(xiàn)1代犏?；虮磉_水平顯著低于黃牛，5?端DNA甲基化水平極顯著高于黃牛和牦牛[8]，說明犏牛基因的高甲基化可能使其mRNA表達下調，對犏牛生精細胞減數(shù)分裂、雄性不育有重要影響。

1.2 SYCP (synaptonemal complex protein)蛋白家族

SYCP蛋白家族主要有4個成員，分別是SYCP1 (synaptonemal complex protein 1)、SYCP2、SYCP3和FKBP6 (FKBP prolyl isomerase 6)。它們參與精原細胞的形成，是聯(lián)會復合體形成的關鍵蛋白。主要在減數(shù)分裂前期表達，在同源染色體配對中發(fā)揮重要作用，是精子發(fā)生過程中所必須的基因。在粗線期和雙線期，F(xiàn)KBP6與SYCP1蛋白共同結合于常染色體的聯(lián)會區(qū)域，輔助SYCP1形成橫絲(transverse filaments, TF)。在犏牛、牦牛和普通牛中都有表達，且差異不顯著[9]。SYCP2蛋白能與SYCP3蛋白結合發(fā)揮作用。在哺乳動物中，SYCP2和SYCP3是軸向元件(axial element, AE)和側向元件(lateral elements, LE)形成的主要決定成分[10]。SYCP3蛋白是一個DNA結合蛋白，定位于聯(lián)會復合體的側成分，在睪丸中特別是在初級精母細胞中表達(圖1)，在同源染色體配對中發(fā)揮重要作用，是精子發(fā)生過程中減數(shù)分裂所必須。犏牛睪丸表達顯著低于牦牛[11]，其DNA啟動子甲基化水平顯著高于牦牛[12]。主要在性腺組織的粗線期表達，犏牛睪丸表達量顯著低于牦牛。因此，、和基因表達紊亂與犏牛雄性不育存在一定聯(lián)系[13]。

圖1 犏牛睪丸中的生精調控

1.3 DEAD-box (DEAD-box helicase)蛋白家族

DEAD-box蛋白家族是一個ATP依賴的RNA解旋酶家族，參與多種RNA代謝過程。其中(DEAD-box helicase 4)、(DEAD-box helicase 3, Y-linked)和是與精子發(fā)生密切相關的基因。在哺乳動物中，、和的缺失或減少會導致不同形式的精子發(fā)生障礙。DDX4在哺乳動物生殖系特異表達，作為一種廣泛的分子標記物被應用于生殖研究[14]。犏牛睪丸組織的啟動子區(qū)甲基化水平顯著高于牦牛，其mRNA在犏牛睪丸中的表達量也極顯著低于牦牛[15]，說明對犏牛雄性不育存在一定影響。位于牛Y染色體上，在3種牛睪丸組織中mRNA表達量差異不顯著[16]。DDX25是已知的唯一由激素調節(jié)的RNA解旋酶，基因敲除小鼠精子發(fā)生受阻，致使圓形精子無法繼續(xù)變形[17]。犏牛睪丸組織中的基因表達水平也顯著低于牦牛[18]，可能致使犏牛精子發(fā)生受阻。

1.4 減數(shù)分裂同源重組相關基因

在染色體自我復制過程中可能會出現(xiàn)雙鏈斷裂(double strand break, DSB)現(xiàn)象，如果這些斷裂未能及時修復就會引起細胞凋亡，修復不準確也會引起基因突變和染色體突變。真核生物對這些斷裂的修復有兩種機理：非同源末端連接和同源重組，而同源重組是DNA上DSB損傷修復的主要方式，對于保持哺乳動物細胞的基因組完整性十分重要[19]。(DNA meiotic recombinase 1)、(replication protein A1)和(BLM RecQ like helicase)等是參與哺乳動物減數(shù)分裂同源重組修復的關鍵基因。這些基因的突變、敲除和表達水平的降低均會引起精母細胞減數(shù)分裂障礙，最終導致雄性不育。、基因在犏牛睪丸組織中的表達水平對比黃牛和牦牛差異顯著[20~22]，且基因DNA啟動子區(qū)甲基化水平也差異顯著，提示其可能和犏牛雄性不育相關。

1.5 Y染色體雄性特異區(qū)(male-specific region on the Y, MSY)相關基因

Y染色體是雄性哺乳動物相對于雌性特有的染色體，由常染色體進化而來，和X染色體只有5%的區(qū)域相同，該區(qū)域是和X染色體同源重組的擬常染色體區(qū)，而95%的其他區(qū)域則是MSY (圖1)。牛Y染色體基因組已經(jīng)公布(NCBI GenBank accession no. CM001061)，通過對牛Y染色體進行測序和注釋，牛Y染色體共鑒定出1274個基因，MSY包含28個蛋白編碼基因和375個新轉錄本。利用轉錄組測序(RNA-seq)技術比較普通牛不同年齡睪丸組織中基因表達模式發(fā)現(xiàn)，13個編碼基因和220轉錄本的表達量隨睪丸發(fā)育顯著上調，這表明Y染色體MSY區(qū)域的基因參與牛生精過程[23]。

MSY相關基因的拷貝數(shù)變異(copy number variation, CNV)被證明和雄性生精功能有關[24]。張龔煒等[25]首次對MSY相關基因的CNV進行研究，發(fā)現(xiàn)F1、F2代公犏牛MSY相關基因(testis specific protein, Y-linked)、(heat shock transcription factor, Y-linked)、(preferentially expressed antigen in melanoma, Y-linked)和(zinc finger protein 280B, Y-linked)的幾何平均拷貝數(shù)(the average geometric mean copy number, CN)顯著高于普通牛和牦牛，提示犏牛MSY在基因組結構上和牦牛以及普通牛不同，MSY相關基因的CNV可能是犏牛雄性不育的原因。隨后詳細分析普通牛和牦牛MSY相關基因、、、和序列，發(fā)現(xiàn)只有在牛科是保守的，牦牛缺失類型序列，和在牦牛Y染色體上成功擴增，和的平均拷貝數(shù)在普通牛和牦牛之間差異顯著[4]，說明普通牛和牦牛MSY存在差異性。犏牛、、和表達對比牦牛和普通牛顯著下調，究其原因可能是犏牛精子發(fā)生異常導致無精子生成，提示這些基因主要參與減數(shù)分裂后精子形成過程[23,4]。除以上多拷貝基因外，犏牛睪丸組織MSY區(qū)域的單拷貝基因(ubiquitously transcribed tetratricopeptide repeat con-taining, Y-linked)、(oral-facial-digital syndrome 1, Y-linked)和(ubiquitin specific peptidase 9, Y-linked)表達對比牦牛和普通牛顯著上調。和具有組蛋白甲基化和泛素化的功能，提示后續(xù)可進一步從組蛋白甲基化和泛素化角度探索犏牛雄性不育的機理[16]。

2 表觀遺傳與犏牛雄性不育

以DNA甲基化、組蛋白修飾和染色質重塑為特征的表觀遺傳修飾是包括精子發(fā)生在內(nèi)的許多生物學過程中的重要調節(jié)因子[3]。DNA甲基化[41]、組蛋白修飾[42]和非編碼RNA[43]作為機體重要的表觀遺傳修飾類型，是在精子發(fā)生過程中調控的關鍵因素。表觀遺傳修飾的異常，將使生精過程基因的表達紊亂，進而導致雄性不育。

2.1 DNA甲基化與犏牛雄性不育

DNA甲基化是在甲基轉移酶(DNA methyltrans-ferase, DNMT)催化作用下，以S-腺苷甲硫氨酸(S-Adenosylmethionine, SAM)作為甲基供體，通過共價鍵結合的方式使基因組CpG二核苷酸中胞嘧啶5號位碳原子獲得一個甲基基團的化學修飾過程[44]。DNA甲基化能引起染色質結構、DNA構象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質相互作用方式的改變，從而調控基因表達[45]。DNA甲基化可能通過調節(jié)雄性生殖細胞的增殖和分化而發(fā)揮關鍵作用[46]，是雄性不育的一個重要影響因素。在雄性不育模型中觀察到的異常DNA甲基化模式可能是精原細胞的再甲基化失敗或精母細胞、精子細胞和成熟精子細胞的甲基化狀態(tài)維持不變所致[47]。由于啟動子DNA甲基化通常抑制基因轉錄，在精子發(fā)生過程中DNA甲基化的紊亂導致了生精基因的表達紊亂，和雄性不育高度相關[45]。在犏牛中，研究發(fā)現(xiàn)、和基因啟動子區(qū)域甲基化水平升高導致基因表達下調，進而影響犏牛生殖[48~50]。最近利用全基因組甲基化測序技術發(fā)現(xiàn)啟動子高甲基化基因在配子產(chǎn)生、piRNA (非編碼RNA的一種)代謝過程和染色質結構的DNA甲基化過程中顯著富集，表明啟動子高甲基化和piRNA途徑等表觀遺傳紊亂可能和犏牛雄性不育高度相關[29]。犏牛睪丸中PIWI/piRNA通路基因啟動子發(fā)生DNA超甲基化，使、、(phospholipase D family member 6)、(maelstrom spermatogenic transposon silencer)、、(tudor domain containing 1)和等基因表達下調，并導致犏牛精子發(fā)生過程中粗線期piRNA的產(chǎn)生降低，同時還發(fā)現(xiàn)轉座因子LINEs (long interspersed nuclear elements)、SINEs (short interspersed nuclear elements)和LTRs (long terminal repeats)在犏牛睪丸中高甲基化(圖1)。因此，DNA高甲基化和piRNA生成途徑中斷是導致生殖細胞發(fā)育不成功的原因之一，這可能導致犏牛雄性不育[29]。

2.2 非編碼RNA與犏牛雄性不育

隨著基因組研究的深入，以前普遍認為不編碼蛋白質的非編碼RNA被證明其在轉錄后具有基因調控的作用。非編碼RNA主要包括lncRNA、核糖體RNA (rRNA)、轉運RNA (tRNA)、核小RNA (small nuclearRNA, snRNA)、核仁小RNA (small nucleolar RNA, snoRNA)、miRNA和piRNA等多種已知功能的RNA，及未知功能的RNA。這些RNA的共同特點是都能從基因組上轉錄而來，但是不翻譯成蛋白，在RNA水平上就能行使各自的生物學功能。例如piRNA主要在睪丸組織中表達，其在轉錄后水平調控動物生殖系統(tǒng)[51~53]。

2.2.1 PIWI/piRNA途徑與犏牛雄性不育

piRNA一般長約24~35 nt，通過與AGO蛋白家族相互作用形成piRNA沉默復合體(piRNA-induced silencing complex, pi-RISC)來調控基因重復序列及轉座子等基因元件的活性[54]，主要影響動物生殖[51]。小鼠減數(shù)分裂時期piRNAs主要分前粗線期piRNAs (26~28 nt)和粗線期piRNAs (~30 nt)[55]。前粗線期piRNAs主要在細線期精母細胞中發(fā)現(xiàn)，來源于轉座子元件[56,57]。粗線期piRNAs起源于基因組不同區(qū)域的piRNA簇，并與粗線期精母細胞中的PIWIL1和PIWIL2結合維持到圓形精子細胞階段，是成年小鼠睪丸中的主要piRNAs，約占總piRNAs的95%[58]。在小鼠中，編碼PIWI蛋白的/、和/基因以及其他協(xié)助piRNA產(chǎn)生或功能表達所必需的蛋白是PIWI/piRAN通路的重要組成部分，它們共同維持小鼠的精子發(fā)生。一旦piRNA通路基因發(fā)生突變，都會導致雄性不育[59,60]。例如，轉錄因子A-MYB/MYBL1 (myelo-blastosis oncogene-like 1)被證明直接識別上游DNA元件來啟動粗線期piRNAs的轉錄[55]，生成的piRNA前體轉錄本被輸送到核外細胞質，隨后又被PIWI蛋白結構域修剪成前體piRNA，經(jīng)過一系列修剪后，由核酸外切酶(PARN like, ribonuclease domain con-taining 1, PNLDC1)[61]對piRNA3?端進一步修剪成成熟大小，最終piRNA3?端被2?-O-甲基轉移酶(HEN methyltransferase 1, HENMT1)修飾產(chǎn)生成熟的piRNA[62](圖2)。如前所述，犏牛睪丸中PIWI/piRNA通路相關基因(、、、、、和)啟動子超甲基化抑制基因表達，使piRNA生成顯著降低[29]，表明PIWI/piRNA通路參與犏牛雄性不育的過程。

2.2.2 miRNA與犏牛雄性不育

miRNA是一種長度約為22 nt并高度保守的內(nèi)源性非編碼小分子RNA，雖然不編碼蛋白質但具有調控功能。miRNA的生物學功能主要體現(xiàn)在對其靶基因的轉錄后水平調控，主要有靶標mRNA的降解和mRNA翻譯抑制2種方式，它們在精子發(fā)生過程中以相對特異性方式表達，在雄性動物生殖健康中起著至關重要的作用[63]。例如，miRNA參與調控睪丸支持細胞的增殖和粘附，一旦支持細胞增殖和粘附功能異常，將會導致精子發(fā)生受阻[64]。因此，miRNAs的失調被認為是雄性不育的分子基礎，這些分子的異常表達模式可以遺傳給后代[65]。研究表明，miRNA在哺乳動物精子發(fā)生的不同過程中起著重要的調節(jié)作用：和通過靶向(signal transducer and activator of transcription 3)和(Cyclin D1)在轉錄后水平促進小鼠 SSCs的更新[66]，通過抑制(KIT proto-oncogene, receptor tyrosine kinase)的表達在維持精原細胞的未分化狀態(tài)中發(fā)揮關鍵作用[67]。研究表明，小鼠粗線期精母細胞中存在許多來自X染色體的miRNAs，這些miRNAs可能導致性染色體減數(shù)分裂失活[68]。徐傳飛[69]通過對小RNA測序發(fā)現(xiàn)61個miRNA在犏牛與牦牛睪丸組織之間差異表達，其中、、、和參與SSCs自我更新以及分化過程；和參與精子發(fā)生過程中減數(shù)分離起始過程，說明miRNA在犏牛生精過程中具有影響力。廖珂[70]發(fā)現(xiàn)涉及細胞增殖、凋亡過程的miRNA表達在犏牛和普通牛間也存在差異，如、和等。徐傳飛[71]對差異miRNAs的靶基因進行GO分析和KEGG分析，結果顯示靶向的(cyclin dependent kinase 2)、和主要參與細胞分化、增殖以及凋亡等通路。

圖2 粗線期piRNA的生物發(fā)生

2.2.3 lncRNA與犏牛雄性不育

lncRNA長度一般大于200 nt，主要與染色質修飾蛋白、RNA結合蛋白、小RNA和其他lncRNA相互作用調節(jié)各種生理過程。lncRNA的功能大致可分為3種調控模式：競爭者(competitor)、激活者(activator)和前體(precursor)[72]。首先，作為競爭者，lncRNAs可以與某些DNA結合蛋白結合，從而抑制其與靶DNA的結合[73]。例如，一些lncRNAs可以與DNA甲基轉移酶1 (DNA methyltransferase 1，DNMT1)結合，從而阻止DNMT1與靶DNA結合[74]。因此，DNA靶區(qū)域的甲基化狀態(tài)會受到影響，導致靶基因的轉錄激活。其次，與競爭者相反，lncRNAs還可以作為招募者，通過將表觀遺傳修飾因子招募到特定的靶位點來啟動表觀遺傳修飾，從而加強DNA甲基化或組蛋白修飾[75,76]。第三，lncRNAs可以被某些核糖核酸酶(RNase)如Dicer消化，產(chǎn)生小的非編碼RNA，如。是一種附睪特異的1.6 kb mRNA樣前體，能產(chǎn)生類似miRNA的小RNA，通過形成類似miRNA的小RNA，下調CES7/CES5A(carboxylesterase 5A)蛋白的表達，從而影響精子獲能[77]。在沉默牛的lncRNA(H19母系印跡表達轉錄本)后，生精小管中的細胞數(shù)量有減少的趨勢，這影響了IGF-1R (insulin-like growth factor I receptor)在支持細胞和生精細胞中的表達。IGF-1維持多種類型干細胞的存活，在雄性生殖系中具有重要功能[78]。近期，阿果約達等[79]通過RNA-seq技術從犏牛、牦牛和普通牛中篩選出6178個差異顯著lncRNA轉錄本，候選靶基因2676個，最終篩選出犏牛不育相關基因(prostaglandin D2 synthase)、(insulin like growth factor 2和(mesoderm specific transcript)等，這些差異靶基因與犏牛雄性不育相關。伍仕鑫[80]通過分離出犏牛、牦牛睪丸高純度精原細胞進行l(wèi)ncRNA的RNA-seq、GO和KEGG富集分析后，發(fā)現(xiàn)差異lncRNAs的靶基因(Cyclin-dependent kinase 1)、(BRCA1 DNA Repair Associated)、(Claspin)和(G2/mitotic-specific cyclin-B1)等主要參與犏牛生精過程中細胞分裂的起始(圖1)，細胞周期負性調控和相變調控，細胞周期進程的檢控，DNA復制的損傷檢測及修復，同源重組和細胞的內(nèi)吞、程序性死亡、生長、分化和凋亡，以及細胞物質代謝等重要的信號通路和生物學過程。這些結果提示lncRNA可以作為犏牛雄性不育的重點研究方向。

2.3 組蛋白甲基化與犏牛雄性不育

組蛋白甲基化是發(fā)生在精氨酸和賴氨酸上的共價修飾，是影響基因活性的一種表觀遺傳機制，其功能主要體現(xiàn)在異染色質形成、基因印記、X染色體失活和轉錄調控等方面[81]。它由組蛋白甲基轉移酶(histone methyltransferase, HMT)調節(jié)，可在精氨酸和賴氨酸殘基中添加或移除甲基[82,83]，所以組蛋白賴氨酸甲基化修飾與基因的活化或抑制有關。通常認為，組蛋白H3K4﹑H3K36和H3K79的甲基化與轉錄活化基因有關，而H3K9﹑H3K27和H4K20的甲基化抑制基因表達[84~86]。例如MLL5/KMT2E (lysine methyltransferase 2E)催化組蛋白H3K4二甲基化(H3K4me2)，是形成頂體所必須的組蛋白甲基轉移酶，基因敲除的小鼠是不育的[87]。而H3K9的去甲基化在減數(shù)分裂末期對于精子發(fā)生的完成至關重要，否則會抑制魚精蛋白1 (protamine 1, PRM1)和過渡性蛋白1 (transition protein 1, TNP1)表達，進而導致染色質凝集和不育[88]。由此可見，組蛋白甲基轉移酶在精子發(fā)生中發(fā)揮著重要作用。犏牛支持細胞中組蛋白H3K4三甲基化(H3K4me3)缺失，H3K27me3和H4K20me3顯著富集(圖1)，H3K4me3、H3K9me1、H3K9me3和H4K20me3在犏牛精母細胞減數(shù)分裂染色體中的水平和定位存在顯著差異，這些結果提示了組蛋白甲基化在精子發(fā)生和犏牛雄性不育中的潛在作用[89]。

3 結語與展望

近年來分子生物學興起，特別是組學技術的發(fā)展，可以從全基因組水平分析基因表達、組蛋白甲基化、DNA甲基化和非編碼RNA等與犏牛雄性不育的關系，為理解犏牛雄性不育的分子機理提供了新的角度與見解。但要闡述犏牛雄性不育的分子機制，以下幾個方面需要引起特別注意：(1)由于睪丸組織細胞異質性和精子發(fā)生的動態(tài)與連續(xù)性，基于睪丸組織的組學研究難以明確具體發(fā)生紊亂的細胞類型及發(fā)育階段；(2)由于精子發(fā)生細胞無法建立體外培養(yǎng)體系，對候選基因的功能驗證需要借助小鼠敲除/敲入體系；(3)前期研究主要關注生精相關細胞的表達調控關系，忽略了支持細胞等睪丸微環(huán)境對精子發(fā)生的調控作用[64,89]；(4)各種表觀遺傳因素表現(xiàn)出細胞類型特異性和生精階段特異性的表達調控特性，闡述不同表觀遺傳因素的動態(tài)調控網(wǎng)絡是今后一個主要方向，如piRNAs主要在哺乳動物粗線期精母細胞表達[29,58]，miRNA參與調控支持細胞和精原細胞[64,69]。

綜上所述，表觀遺傳調控在犏牛雄性不育過程中起到極為關鍵的作用。今后研究可重點關注犏牛睪丸支持細胞和粗線期以前階段生精細胞，DNA甲基化、非編碼RNA和組蛋白甲基化等表觀遺傳角度是研究犏牛雄性不育的良好切入點。

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Progress on meiotic gene expression and epigenetic regulation of male sterility in Dzo cattle

Huiyou Chen, Jianmin Zhang, Baisen Li, Yonglin Deng, Gongwei Zhang

Interspecific hybrid male sterility is a common occurrence in nature and plays an important role in species reproductive isolation. Dzo (cattle-yak), the offspring of interspecific cross between domestic yak () and cattle (), is a unique animal model for investigating interspecific hybrid male sterility. Dzo females are completely fertile while the males are sterile. In recent years, molecular studies have demonstrated that the expressions of genes were dysregulated during meiosis in Dzo testis, as compared to those in cattle or yak. Other studies have revealed that epigenetic factors/events, such as DNA methylation, histone modification and non-coding RNA, are also involved in spermatogenesis. This review summarizes the dysregulation of gene expression, DNA methylation, microRNA (miRNA), PIWI-interacting RNA (piRNA), long non-coding RNA (lncRNA), and histone methylation modification during meiosis in Dzo testis. These results highlighted the potential roles of genetic and epigenetic regulations of meiosis in Dzo testis, thereby providing a more detailed understanding on the molecular mechanisms of interspecific hybrid male sterility.

Dzo; male sterility; epigenetic; gene expression

2020-06-15;

2020-07-14

國家自然科學基金項目(編號：31802046)和中央高校基本科研業(yè)務費(編號：XDJK2020D011，XDJK2019RC001)資助[Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 31802046) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (Nos. XDJK2020D011, XDJK2019RC001)]

陳會友，在讀碩士研究生，專業(yè)方向：動物遺傳育種。E-mail: 17602359737@163.com

張龔煒，博士，副教授，碩士生導師，研究方向：動物遺傳育種。E-mail: zgw-vip@163.com

10.16288/j.yczz.20-176

https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20200929.1343.001.html

URI: 2020/9/30 13:13:34

(責任編委: 趙要風)