人、猕猴、小鼠精子细胞发育过程中的关键基因模块及分子网络研究

作者：慈百全; 王峰^*

来源：基因组学与应用生物学, 2022, 41(06): 1202-1214.

DOI：10.13417/j.gab.041.001202

• 原始生殖细胞
• 精子形成
• 转录组测序
• 加权共表达网络分析
• 基因模块

在哺乳动物精子形成过程中，存在3种重要的细胞类型，即原始生殖细胞(primordial germ cells, PGCs)、粗线期精母细胞(pachytene spermatocytes, PS)和圆形精子细胞(round spermatids, RS)。目前，在灵长类动物如猕猴(Macaca mulatta)中，有关上述细胞的研究十分匮乏。为了鉴定比较人(Homo sapiens)、猕猴(Macaca mulatta)、小鼠(Mus musculus)精子发生过程中的特征性基因模块和分子网络，我们从GEO数据库获取了PGCs、PS和RS的RNA-seq数据，并同时进行了3个物种的转录组和加权共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)。我们分别获得了人、猕猴、小鼠精子形成过程中的特征性基因模块，发现在猕猴精子发育过程中存在MEblue(相关系数=0.98,P=2×10-5,含211个基因)、MEdarkslateblue(相关系数=0.94,P=5×10-4,含242个基因)、MElightgreen(相关系数=0.97,P=6×10-5,含202个基因)3个特征性基因模块，分别与上述3种细胞类型极其显著相关。结果表明，分别存在9个(Ganab,Sfrp1,Angptl4,Hpgd,Arhgap1,Fat,Prdm1,Bmp4,Mmp9)和3个(Clpb,Sycp1,Sycp2)基因为人、猕猴、小鼠三物种PGCs和RS细胞特征性模块所共有。此外，结合STRING数据库，借助Cytoscape和MCODE等工具，我们构建了不同物种精子形成过程中的蛋白质-蛋白质互作(protein-protein interaction, PPI)分子网络，分别获得了对应于人、猕猴和小鼠的6个核心子网络及其中的关键因子(共计170个),如BMP4、PRDM14、SOX17和SYCP2等。本研究为深入理解从啮齿类动物到灵长类动物生殖系细胞分化和发育中的基因表达调控特征提供了新的研究线索和理论参考。

• 单位
  昆明理工大学