ZAR1与ZAR2协同调控小鼠卵母细胞发育过程中母源mRNA多聚腺苷酸化的动态变化

本研究针对卵母细胞减数分裂期间母源转录组动态监测的技术偏差问题，浙江大学团队通过整合Smart-seq2、total RNA-seq和PAIso-seq2等多组学技术，揭示了ZAR1/ZAR2通过靶向母源mRNA的3'非翻译区（3'UTR）调控其稳定性和多聚腺苷酸化（poly(A)）过程。研究发现传统Smart-seq2技术因依赖oligo-d(T)引物会高估母源mRNA降解程度，而ZAR1缺失导致母源mRNA过早降解及poly(A)尾异常延长。该成果发表于《Genome Biology》，为理解母源-合子转换（MZT）机制提供了新视角，并重新定义了卵母细胞衰减基因（O-decay genes）的调控网络。

　　

卵母细胞的发育过程中，母源mRNA的精准调控是胚胎发育成功的关键。在减数分裂期间，卵母细胞基因组会经历长时间的转录沉默，直到合子基因组激活（ZGA）才重新启动。这一阶段，母源转录组的动态变化和稳态维持对母源-合子转换（Maternal-to-Zygotic Transition, MZT）至关重要。然而，长期以来，研究人员依赖Smart-seq2技术监测母源mRNA的动态变化，却忽视了该技术因依赖oligo-d(T)引物捕获poly(A)尾可能引入的偏差。此外，关于RNA结合蛋白ZAR1的功能存在争议：早期研究认为其促进母源mRNA降解，而近期发现它参与形成线粒体相关核糖核蛋白域（MARDO），可能起到稳定母源mRNA的作用。这些矛盾提示，母源mRNA的调控机制仍需深入探索。

为解决这些问题，浙江大学团队联合中国科学院生物物理研究所等机构，通过多组学技术重新解析了母源mRNA的动态变化，并揭示了ZAR1/ZAR2的核心调控作用。研究发表于《Genome Biology》，不仅纠正了技术偏差导致的认知误区，还阐明了ZAR1通过3'UTR结合和蛋白互作网络调控母源mRNA稳态的新机制。

关键技术方法包括：

1. Smart-seq2与total RNA-seq平行测序，比较poly(A)依赖与非依赖的转录组差异；
2. PAIso-seq2全长转录本测序，精确测定poly(A)尾长度动态；
3. LACE-seq低输入RNA结合蛋白靶标鉴定技术，定位ZAR1结合的RNA区域；
4. 免疫沉淀-质谱联用（IP-MS）筛选ZAR1互作蛋白；
5. 小鼠卵母细胞体外培养模型（GV、MI、MII阶段）结合基因敲除（Zar1/2^-/-）表型分析。

研究结果

Smart-seq2检测的mRNA动态受多聚腺苷酸化偏差影响
通过对比Smart-seq2和total RNA-seq数据，发现Smart-seq2在MII期卵母细胞中高估了母源mRNA降解程度（60% vs 30%），且误判部分基因为“上调”。PAIso-seq2显示GV到MII期poly(A)尾从平均250 nt缩短至8 nt，导致oligo-d(T)引物捕获效率下降。

total RNA-seq重新定义母源转录组动态
total RNA-seq证实母源mRNA在减数分裂期间整体降解，但程度较轻。O-decay基因在GV期具有长poly(A)尾和高翻译效率（TE），提示其在GV期翻译后降解。

Zar1/2缺失导致GV期母源mRNA过早降解
Zar1/2^-/-卵母细胞中，total RNA-seq检测到GV期母源mRNA显著下调（而非Smart-seq2误判的MII期积累），且O-decay基因降解异常。PAIso-seq2进一步揭示Zar1/2^-/- MII期poly(A)尾异常延长。

ZAR1通过3'UTR结合稳定母源mRNA
LACE-seq鉴定出8000余个ZAR1靶基因，54.8%下调基因被ZAR1结合。3'UTR结合基因的稳定性显著高于CDS结合基因（p<0.001），提示ZAR1通过3'UTR结合维持mRNA稳态。

ZAR1间接调控多聚腺苷酸化并与蛋白互作
ZAR1靶基因的poly(A)长度与结合强度无关，但长poly(A)基因在Zar1/2^-/-中更易异常。IP-MS发现ZAR1与PABP、IGF2BP2等RNA稳定因子互作，可能通过MARDO组装协调poly(A)调控。

Zar1/2缺失导致MII期染色质维持失败
Zar1/2^-/- MII期卵母细胞出现纺锤体错位和类原核结构，伴随关键母源基因（如Lsm14b、Ccnb1）表达异常，提示ZAR1通过维持母源mRNA稳态保障减数分裂阻滞。

结论与意义
该研究系统揭示了poly(A)动态对母源mRNA检测的技术影响，重新定义了O-decay基因的特征。ZAR1作为MARDO核心组分，通过3'UTR结合和蛋白互作（如PABP、IGF2BP2）双重机制稳定母源mRNA，并间接调控poly(A)加工。这不仅解决了ZAR1功能争议，还为理解MZT提供了新范式：母源mRNA的poly(A)调控与稳定性协同决定减数分裂进程和胚胎发育潜能。未来研究可基于LACE-seq和PAIso-seq2技术，进一步解析MARDO的时空组装机制及其在人类生殖疾病中的作用。