miR-200a/200b 基因簇敲除改善黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)精子质量及杂合后代适合度

《Aquaculture》:Knockout of miR-200a/200b gene cluster improves sperm quality and heterozygous offspring fitness in yellow catfish ( Pelteobagrus fulvidraco)

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月31日 来源:Aquaculture 4.4

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   摘要精子不仅传递父本基因组,还传递能影响早期发育和后代表型的调控小 RNA。然而,特定微小 RNA 对硬骨鱼精子核成熟和后代适应性的贡献尚不清楚。在此,我们利用野生型(WT)和纯合子 miR-200a/200b 敲除(miR-200a/200b?/?)黄颡鱼(Pelteoba

  

摘要

精子不仅传递父本基因组,还传递能影响早期发育和后代表型的调控小 RNA。然而,特定微小 RNA 对硬骨鱼精子核成熟和后代适应性的贡献尚不清楚。在此,我们利用野生型(WT)和纯合子 miR-200a/200b 敲除(miR-200a/200b?/?)黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)雄鱼,通过基因敲除模型、精子质量评估、染色质分析和人工授精实验,评估精子性能、染色质包装和繁殖性能以及后代的适应性。miR-200a/200b 缺失显著增强了精子活力和运动学参数(VAP、VCL 和 VSL),但对睾丸组织学、性腺体指数和精子密度无显著影响,表明其对精子功能成熟具有特异性作用。miR-200a/200b?/? 雄性黄颡鱼的精子染色质压缩得到增强,证据包括 CMA3 和酸性蓝染色减少以及参与精子形成晚期和染色质凝缩的基因(chd5, brdt, cnr1, 和 tssk6)协调上调。在人工授精试验中,敲除精子表现出更高的受精率和孵化率,同时在 60 天的饲养期内,幼体畸形减少,仔鱼存活率增加。缺氧是鱼类常见的压力源之一,而由 miR-200a/200b?/? 雄鱼产生的杂合敲除后代显示出对渐进性缺氧和急性缺氧耐受性增强,特征为死亡率延迟以及 ASR??和 LOE??阈值延长。这些发现确定 miR-200a/200b 簇是精子功能成熟的负调控因子,并揭示了雄性 miR-200a/200b 缺失与改善繁殖结果和后代性能之间的关联。

引言

精子的完整性和功能能力取决于多个协调特征,包括精子活力(Dcunha et al., 2022)、形态(Hook et al., 2021)和核染色质凝缩(Franken, 2015; Punjabi et al., 2019)。精子染色质凝缩是哺乳动物精子形成的关键步骤,是精子发生的最后阶段,旨在保护父本 DNA 免受潜在的外部损伤并获得雄性生育能力。因此,高质量的成熟精子通常表现出高度压缩、重组的核染色质和非常有限的转录输出(Sassone-Corsi, 2002)。在哺乳动物中,染色质压缩不完全会导致 DNA 片段化增加和胚胎发育受损(Arévalo et al., 2022; Marchiani et al., 2020)。类似的关联在硬骨鱼中也有报道,其中精子染色质完整性受损与受精率降低、胚胎异常增加和幼体存活率降低相关(Gonzalez-Rojo et al., 2018; Gosálvez et al., 2014; Jeuthe et al., 2022)。高染色质凝缩度的高质量成熟精子不仅影响受精过程,还是多种动物物种后代发育、存活和适应性的关键决定因素(Gonzalez-Rojo et al., 2018; Marchiani et al., 2020)。
最近的研究提供了证据,表明精子携带的表观遗传因子参与精子质量与后代表型之间的关联。除了 DNA 甲基化(Zong et al., 2024)和组蛋白保留(Torres-Flores and Hernández-Hernández, 2020)外,精子携带的小非编码 RNA,特别是微小 RNA(miRNAs),其在调控精子发生和早期胚胎发育中的作用日益受到认可(de Souza et al., 2024; Kocaba? and Kocaba?, 2023)。miRNAs 是短而高度保守的非编码 RNA,通过靶向信使 RNA 在转录后水平调节基因表达(Alves et al., 2020)。在哺乳动物中,精子发生期间 miRNA 生物合成的破坏会导致精子发育严重缺陷和雄性不育(Keles et al., 2021; Werry et al., 2022)。此外,由饮食、压力或环境挑战引起的精子 miRNA 谱改变已被证明会影响胚胎基因表达以及后代的代谢和行为表型(Akhatova et al., 2025; Kocaba? and Kocaba?, 2023),强调了它们在精子介导的后代发育表观遗传调控中的功能重要性(Liu and Sharma, 2023)。
miR-200 家族是一组高度保守的 miRNAs,在人类和小鼠的两个不同染色体上存在两个簇 miR-200b/200a/429 和 miR-200c/141,以及在水蚤的第 6 和 23 染色体上存在 miR-200c/141/429b 和 miR-200b/200a/429a(Trumbach and Prakash, 2015; Jing et al., 2015)。在非梗阻性无精子症患者精子和睾丸活检中,miR-141 和 miR-429 的表达水平明显高于健康个体(Abu-Halima et al., 2014; Abu-Halima et al., 2013)。人类 miR-200b 与低精子浓度和低生育率相关(Isacson et al., 2025)。斑马鱼 miR-200b/200a/429a 的缺失导致精子活力改善(Xiong et al., 2018),以及雌性斑马鱼生长和繁殖缺陷增加(Xiong et al., 2020)。尽管发现了 miR-200s 在调节精子质量方面的功能,但其对鱼类后代适应性的后果仍不完全清楚。
黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)是中国广泛养殖的商用淡水鱼。此前,全基因组关联研究(GWAS)和表达分析鉴定出染色体 23 上的 miR-200a/200b 与黄颡鱼的生长和饲料转化效率(FCE)性状相关,而 miR-200a/200b 的敲除显著改善了黄颡鱼的生长和 FCE,且不影响雌性黄颡鱼的繁殖能力(Wang et al., 2026)。然而,miR-200a/200b 是否对精子发生、精子质量以及随后的后代适应性有贡献尚未得到研究。在本研究中,我们调查了 miR-200a/200b 缺乏对精子活力、形态、染色质凝缩以及与核重塑相关基因表达的影响,并进一步探索了黄颡鱼精子质量与后代适应性之间的潜在关联。这些发现为连接硬骨鱼精子质量与适应性性状的表观遗传机制提供了新的见解。

章节片段

鱼类与饲养

在我们之前的研究中,通过 GWAS 和表达分析鉴定出 miR-200a/200b 与黄颡鱼的生长和 FCE 性状相关,同时利用 CRISPR/Cas9 技术产生了纯合子 miR-200a/200b?/? 黄颡鱼(Wang et al., 2026)。miR-200a/200b?/? 和 WT 黄颡鱼由杂合子 miR-200a/200b+/? 黄颡鱼交配获得,并在 26 ± 1 °C、12 小时光照/12 小时黑暗光周期下的循环淡水系统中饲养。溶解

miR-200a/200b 的缺失促进黄颡鱼的精子活力

使用 H&E 染色对一岁 WT 和 miR-200a/200b?/? 黄颡鱼的睾丸组织进行组织学评估。WT 和 miR-200a/200b?/? 鱼之间睾丸结构无明显差异(图 1A 和 B)。此外,WT 和 miR-200a/200b?/? 雄性之间性腺体指数或精子密度无明显差异(图 1C 和 D)。然而,miR-200a/200b?/? 组的精子活力显著高于 WT 鱼(

讨论

精子数量、活力和染色质包装是公认的功能能力指标,影响受精成功率和早期胚胎发育(Fauvel et al., 2010; Zhang et al., 2019)。除携带 DNA 外,精子还递送 miRNAs 和其他小非编码 RNA,它们作为表观遗传调控因子塑造精子成熟和受精后早期事件(Isacson et al., 2025; Sharma, 2019)。新兴证据表明父本效应可以通过

结论

总之,本研究确定了 miR-200a/200b 簇是精子核重塑的关键调控因子,也是鱼类后代压力耐受性的潜在贡献者。miR-200a/200b 的遗传缺失增强了染色质压缩并改善了精子活力。重要的是,源自 miR-200a/200b 缺乏精子的后代表现出增强的缺氧压力耐受性。综上所述,我们的研究推进了当前对连接 microRNA 介导的

CRediT 作者贡献声明

Qiuen Tan:写作 – 审阅与编辑,写作 – 初稿,可视化,方法论,调查,数据整理。Xu Wang:写作 – 审阅与编辑,数据整理。Qingqing Han:方法论,数据整理。Youbo Jiang:方法论。Ran Miao:方法论。Wei Jiang:方法论。Jie Mei:写作 – 审阅与编辑,写作 – 初稿,资源,方法论,资金获取,数据整理。Yang Xiong:写作 – 审阅与编辑,写作 – 初稿,方法论,数据

动物对象

本研究按照 ARRIVE(动物研究:体内实验报告)指南进行。
本研究经武汉工程大学动物护理和使用委员会批准。
(批准号:WPU202401001。)

资助

本工作得到育种生物技术与可持续水产养殖国家重点实验室基金(2025BBSA05)、中国农业研究系统(编号:CARS-46)、湖北省重大科技项目(2023BBA001)以及中央引导地方科技发展专项资金(2025CSA010)的支持。

利益冲突声明

作者声明,他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能被认为会影响本论文中报告的工作。
Qiuen Tan|Xu Wang|Qingqing Han|Youbo Jiang|Ran Miao|Wei Jiang|Jie Mei|Yang Xiong|Peipei Huang
武汉工程大学动物科学与营养工程学院,中国武汉 430023
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