揭秘兔精子表面蛋白质组：开启精子性别选择技术新征程

为解决兔养殖中无法控制后代性别比例的问题，研究人员开展兔精子表面蛋白质组的研究。通过对新西兰白兔精子蛋白质裂解物进行鸟枪法蛋白质组（LC-MS/MS）分析，确定 107 种潜在细胞表面靶点，这有助于开发兔精子性别选择技术。

　　在兔子养殖的世界里，传统的自然交配方式虽然代代相传，但随着时代发展，人工授精技术逐渐兴起。不过，无论是自然交配还是人工授精，都面临着一个棘手的问题 —— 无法控制后代的性别比例。在以繁殖母兔为主要目标的养殖模式下，多余的公兔不仅经济价值低，还增加了养殖成本，严重影响了养殖效率。同时，在精子性别选择技术方面，虽然其他动物如牛的相关技术已有所发展，但兔子养殖中仍缺乏有效的精子性别选择技术。在此背景下，为了突破这些困境，来自国外的研究人员开展了一项针对兔精子表面蛋白质组的研究，该研究成果发表在《Animal Reproduction Science》杂志上。

研究人员为了深入探究兔精子表面蛋白质组，采用了一系列关键技术方法。首先，从 20 只新西兰白兔的混合精液样本中获取精子。然后，运用生物素标记技术富集精子表面蛋白，之后通过鸟枪法蛋白质组学（LC-MS/MS）对这些蛋白进行分析。在数据分析阶段，借助多种生物信息学工具，如 UniProt、eggNOG-mapper v.2.1.9、DeepTMHMM v.1.0.13、PANTHER 18.0 和 STRING v.12.0 等，对蛋白质进行功能注释、拓扑预测、统计富集分析和蛋白质 - 蛋白质相互作用分析 。

下面来详细看看研究结果：

1. 精液分析：实验所使用的混合精液样本质量良好，平均有 92.4% 的精子具有前向运动能力，非前向运动精子占 4.1%，不动精子占 3.5%，活精子比例达 97.0%，精子浓度为 153.8×10⁶个 /mL。
2. 绘制兔未成熟精子表面蛋白质组图谱：经过一系列处理和分析，研究人员共鉴定出 1377 种兔蛋白，其中 881 种在至少一种条件下的三个生物学重复样本中得到可靠定量。去除污染物和重复蛋白后，最终对 859 种蛋白质进行进一步分析。这些蛋白质在未成熟精液样本的重复实验中均有检测到，且在阴性对照样本中含量极低，表明实验方法有效富集了精子表面蛋白。
3. 表面蛋白质组的功能注释：利用 PANTHER 18.0 进行统计富集分析发现，在生物学过程方面，“精卵识别”“精子与透明带结合” 和 “细胞 - 细胞识别” 等术语显著富集；在分子功能方面，“氧化还原酶活性，作用于供体的硫基团”“未折叠蛋白结合” 和 “水解 O - 糖基化合物的水解酶活性” 等较为突出；在细胞组成方面，“含有伴侣蛋白的 T - 复合物”“顶体囊泡” 和 “蛋白质折叠伴侣复合物” 等术语高度富集。通过 DeepTMHMM v.1.0.13 预测蛋白质拓扑结构，发现 574 种（66.8%）为球状蛋白，151 种（17.6%）为 α - 螺旋跨膜蛋白，1 种（0.1%）为 β - 桶状跨膜蛋白，133 种（15.5%）仅预测有信号肽。此外，还确定了各蛋白质的编码染色体，其中 564 种由 1 - 21 号常染色体编码，1 种与 2 号和 20 号染色体相关，21 种由 X 染色体编码，2 种来自线粒体，271 种未定位。
4. 筛选精子性别选择的潜在膜蛋白靶点：综合细胞定位数据和拓扑预测结果，研究人员确定了 175 种感兴趣的蛋白质，其中 107 种被预测为可能从细胞表面接触到的潜在靶点。特别值得关注的是，有 3 种潜在靶点（ADGRG2、ATP6AP2 和 VSIG1）由 X 染色体编码且为跨膜蛋白。通过 STRING v12.0 分析这 3 种蛋白的蛋白质 - 蛋白质相互作用，发现它们各自与其他蛋白存在不同程度的相互作用。进一步将本次研究的定量蛋白质列表与之前生物信息学分析得到的潜在兔 X 靶点列表进行交叉比对，又发现了 2 种共同蛋白（BCAP31 和 PGRMC1）。这 5 种潜在的兔 X 精子靶点在所有兔未成熟样本的三个重复实验中均有检测到，而在阴性对照样本中均未出现，且它们在兔、人、牛、猪、羊和马等物种中存在同源性 。

在研究结论和讨论部分，本次研究首次基于富含细胞表面蛋白的提取物，通过鸟枪法蛋白质组分析，确定了新西兰白兔精子的蛋白质表达谱。在 859 种检测到的主要与生殖和膜相关过程有关的蛋白质中，107 种具有从细胞表面接触的潜力，其中 3 种跨膜蛋白（ADGRG2、ATP6AP2 和 VSIG1）由 X 染色体编码，是极具潜力的 X 精子特异性蛋白靶点。另外，BCAP31 和 PGRMC1 这两种之前通过与人类 X 染色体蛋白质组比较而确定的潜在兔 X 靶点也得到了定量分析。然而，要将这些蛋白质验证为精子性别选择的有效靶点，还需要在更多动物样本上进行测试，并且最好涵盖多个物种，以提高找到通用靶点的可能性。同时，精子性别选择技术可能受到遗传多样性以及实验过程（如冷冻保存）的影响，后续研究需要进一步关注这些因素。此外，由于本次研究使用的是混合精液样本，未来还需分析多个动物的精子样本，以评估蛋白表达的一致性和个体差异。总的来说，这项研究为兔精子性别选择技术的发展提供了重要的理论基础和潜在的靶点，具有重要的科学和经济意义，有望推动兔子养殖产业的进一步发展 。