单细胞测序揭示湖羊睾丸发育动态转录图谱，解锁生殖奥秘

为探究大动物精子发生等机制，研究人员对湖羊睾丸进行单细胞 RNA 测序，揭示关键过程，助力生殖研究。

　　在哺乳动物的生殖系统中，睾丸的发育至关重要，它肩负着产生精子和雄激素的重任，关乎着雄性生育能力。其中，精原干细胞（SSCs）从基底膜起源，逐步分化为成熟精子，这一过程受到睾丸微环境的精密调控。同时，支持细胞如塞尔托利细胞（Sertoli cells）、间质细胞（Leydig cells）和平滑肌样细胞（myoid cells）等，共同构建起睾丸的微环境，对精子发生起着不可或缺的支持和调节作用 。

然而，目前人们对大型动物尤其是羊的睾丸发育了解有限。比如在精子发生过程、塞尔托利细胞的异质性以及其与其他细胞在分子层面的相互作用等方面，都存在大量的未知。此前研究多聚焦于小鼠和人类，对羊的相关研究较少。湖羊作为我国著名的多胎绵羊品种，其睾丸发育涵盖胎儿期、婴儿期、青春期和成年期等多个阶段，有着独特的研究价值。但一直以来，缺乏全面且深入的研究来揭示其睾丸发育过程中的分子机制。

为了填补这些知识空白，内蒙古农业大学等机构的研究人员开展了一项关于湖羊睾丸发育的研究。研究成果发表在《BMC Biology》上，为哺乳动物睾丸发育研究提供了重要的参考，也为相关生殖生物学研究和育种策略的制定奠定了基础。

研究人员主要运用了单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，对湖羊出生后 7 个不同发育阶段（出生、青春期前、青春期和成年期）的睾丸组织进行分析。他们从多个湖羊个体获取睾丸样本，制备单细胞悬液后进行测序，同时结合组织学分析、免疫染色等实验方法，全面深入地探究睾丸发育过程。

研究结果如下：

1. 单细胞转录组揭示细胞类型和标记基因：研究人员对不同发育阶段的湖羊睾丸组织进行 scRNA-seq，经过筛选后对剩余细胞进行聚类分析。通过统一流形近似和投影（UMAP）等方法，成功鉴定出 10 种细胞簇，包括从精原细胞到精子细胞的雄性生殖细胞，以及 4 种睾丸体细胞。同时，分析不同发育阶段差异基因表达水平，发现 30 天与 0 天、90 天与 30 天的差异基因数量低于后续四个阶段12。
2. 精原细胞的增殖与分化：进一步对精原细胞进行聚类分析，依据人和小鼠的标记基因，将湖羊生殖细胞分为未分化精原细胞、分化精原细胞、初级精母细胞和精子细胞等发育阶段。研究发现，出生时睾丸中只有未分化精原细胞，30 天时出现分化精原细胞，90 天和 180 天分别出现精母细胞和精子细胞。免疫荧光实验也验证了这一发育模式34。
3. 精子发生过程中的动态基因表达：利用 Monocle 进行拟时间分析，发现生殖细胞簇沿拟时间形成连续曲线。聚类分析鉴定出不同细胞类型的特征基因，基因本体（GO）分析揭示了生殖细胞发育过程中基因的动态变化，这些基因功能与细胞周期、减数分裂和精子发生等过程密切相关56。
4. 塞尔托利细胞的异质性和成熟阶段：聚类分析显示塞尔托利细胞存在两个大簇和一个小簇。细胞周期分析表明不同簇的细胞来源和周期阶段存在差异。Monocle 拟时间分析发现出生后塞尔托利细胞存在两种不成熟状态，青春期出现成熟塞尔托利细胞。免疫荧光染色验证了其发育过程，同时分析不同阶段差异表达基因，发现其功能与细胞增殖、分化和精子发生相关78。
5. 间质细胞和肌样细胞：对间质细胞和肌样细胞进行聚类分析，发现它们表达胎儿间质细胞及其前体的标记基因，以及成年间质细胞和肌样细胞的标记基因。Monocle 拟时间分析表明这两种细胞来源于共同祖细胞，青春期前存在祖细胞、胎儿间质细胞和肌样细胞，180 天后出现成年间质细胞并在性成熟后占主导910。
6. 调节睾丸发育的信号通路：研究人员研究了多种信号通路中配体、抑制剂、受体和基因靶点的表达。发现视黄酸（RA）通路在精子发生中起重要作用，WNT2B、FGF9 等信号通路也参与调节精子发生和细胞分化，同时激活素 / 抑制素通路在不同状态的精原细胞中呈现不同的活性1112。

综合上述研究结果，研究人员通过全面的转录组 scRNA-seq 分析，揭示了湖羊睾丸中的主要细胞类型及其成熟过程。这一研究成果不仅为哺乳动物睾丸发育提供了有价值的信息，也为理解生殖细胞发育和生殖细胞 - 微环境通讯奠定了基础。不过研究也存在一定局限性，如测序深度不足、聚类算法存在假设等问题。未来研究可通过改进技术方法，进一步深入探究睾丸细胞发育的分子机制，有望为羊的育种和生殖医学研究提供更可靠的数据和理论支持，推动相关领域的发展。