Abdominal-B 调控雄性精液转移组及精子 Sex Peptide 结合所需的新生育力因子

《PLOS Genetics》：Abdominal-B regulates the male seminal fluid transferome and new fecundity factors required for sperm sex peptide binding

　　

精液蛋白（seminal fluid proteins, SFPs）在多种动物中决定生殖成功。在果蝇雄性附腺（accessory gland, AG）中，精液主要由两类细胞产生：占多数的主细胞（main cells）与少数具有特化分泌装置的副细胞（secondary cells），后者拥有异常增大的致密核心颗粒囊泡（dense core granule vesicles, DCGs）。在增强子突变体 iab-6cocu 中，副细胞 Abdominal-B（Abd-B）表达丧失，破坏其转录与分泌特性。突变雄性与雌性交配后无法诱导长期交配后反应（long-term post-mating response），即雌性接受度丧失与持续产卵的特征被打破。研究人员通过评估 iab-6cocu 雄性附腺与雌性交配后生殖道蛋白质组，判定副细胞如何塑造精液转移组（transferome）及雌性反应。研究发现，构成信号网络的精液蛋白下调，该网络使精子结合与关键调节因子 Sex Peptide（SP）的持续作用得以实现。研究人员鉴定出两个对雌性生活力至关重要的新 SP 网络蛋白：Cornutus（CG1701）与 Hanrej（CG42564）。Cornutus 是交配依赖的 DCG 释放所必需的，将此类囊泡产物与雌性长期交配后反应联系起来。数据凸显副细胞信号与分泌对整体精液组成及 SP 网络功能的重要性，以及主细胞与副细胞及其分泌产物的相互依赖性，推进了对精液信号通路如何调节雌性生理、精子利用与后代产生的普遍理解。

研究背景：内部受精动物的精液是生育力与繁殖成功的关键决定因素，不仅是配子运输载体，更作为“社会转移物质”影响精子与雌性机体。果蝇（Drosophila melanogaster）的精液蛋白质组（seminal fluid proteome）在遗传模型生物中研究最为深入，目前约 300 种高蛋白置信度精液蛋白（SFPs）从雄性转移至雌性，功能类别类似于人类精液血浆蛋白质组。尽管 SFPs 在生殖成功中角色复杂关键，个体果蝇 SFP 功能表征仍稀少，SFP 生产分配信号通路及其与雌性生殖道互作理解不全。最受关注的是 Sex Peptide（SP），其须结合精子并在雌性储存器官逐步释放方能发挥持续广泛效应；稳定 SP 精子结合与长期交配后反应依赖保守辅因子网络（SP 网络），但该网络动态调节尚未完全阐明。果蝇 AG 功能类比哺乳动物前列腺，含主细胞（约 1000 个）与远端副细胞（约 45 个）；副细胞具特化分泌装置与异常大 DCG 囊泡，表达部分 SP 网络成员。iab-6^cocu 增强子突变体中副细胞 Abd-B 特异性丢失，形态转变、大 DCG 囊泡消失，交配雌性无法维持长期交配后反应、再交配率高、生育力低；已知 SP 及主要 SP 网络蛋白在该突变体仍存在，提示副细胞生理与分泌活性间接改变精液组成。该研究即在此背景下，探究 Abd-B 缺失如何经副细胞分泌重塑精液转移组与 SP 网络。

主要关键技术方法：研究人员采用液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）对三类组织进行差异蛋白质组学定量——处女雄性 AG、交配后立即雄性 AG、交配后雌性生殖道（含子宫与精子储存器）；样本来自 iab-6^cocu 突变体与野生型对照，雌性生殖道比较为野生型雌×野生型雄 vs 野生型雌×iab-6^cocu 雄，每条件 5 个生物学重复（每样 5 只蝇）。辅以 RNAi 细胞类型特异性敲低（驱动系 dve-GAL4、antares-GAL4、dsx-GAL4 分别标主+副、主、副细胞）、交配后雌性行为学（再交配率、产卵数）、免疫荧光（抗 SP 检测精子尾结合）、生殖腺形态学（mfas-Egfp 标记 DCG 大小/数目）、单细胞转录组公开数据印证表达偏向。

研究结果：

Seminal fluid proteome and transferome changes in iab-6^cocu mutant males：跨三数据集分别鉴出 2037、1882、2104 种蛋白（1% FDR），iab-6^cocu 中 SFPs 在差异丰度蛋白中显著富集；交叉三集获 16 种“转移组下调 SFP”，均在雌性 RT 下调且雄性 AG 一致下调/转运失败，全为 Wigby 等高置信 SFP，多数 AG 高表达。

SFPs depleted in the iab-6^cocu mutant transferome affect female post-mating receptivity：对 15 种可敲 SFP 做全身 RNAi，仅 Cornutus（CG1701）敲低致交配 4 天后雌再交配率 74–76%（对照 0%）；结合已知 Lectin-46Ca、Lectin-46Cb、Hanrej（CG42564）、Aquarius、CG9997 均属 SP 网络，结论为转移组下调的 4 个已知 SP 网络蛋白加 Cornutus、Hanrej 共同促成突变雄交配雌接受度丧失。

Functional characterization of two new mediators of the long-term female post-mating response, cornutus (CG1701) and hanrej (CG42564)：Cornutus 需在副细胞、Hanrej 需在主细胞表达以抑制雌 4 天再交配；敲低二者致雌 4 天产卵锐减、卵巢晚期卵室积累但精子储存数正常，表型同 SP 网络缺陷——即不排卵而非无精。

Cornutus and Hanrej mediate binding of Sex Peptide to sperm：免疫组化显示敲低 Cornutus 或 Hanrej 后，交配 6h 精子尾 SP 斑点状弱染，4d 几乎无 SP 结合；证明二者为 SP 稳定结合精子尾与长期雌性储精器存留所必需。

Cornutus affects dense core granule maturation and secretion in accessory gland secondary cells：mfas-Egfp 标记示 Cornutus 敲低副细胞 DCG 变小、每细胞数增多、交配后 DCG 数目不降（对照失 2 个/细胞），表明 Cornutus 定位于 DCG、参与其成熟聚合与交配依赖释放；Hanrej 敲低不影响 DCG 释放。

讨论与结论翻译：Abd-B 在 AG 副细胞表达塑造精液转移组及 SP 网络蛋白转移；iab-6^cocu 雌 RT 中 Lectin-46Ca、Lectin-46Cb、Aquarius、CG9997 四种已知 SP 网络蛋白丰度降低，联合下调足以解释突变表型。16 种转移组下调 SFP 中仅少数在既往转录组下调，提示转录后分泌/稳定/转运机制主导。Cornutus 虽单细胞转录偏主细胞，但功能需副细胞；Hanrej 需主细胞——SP 网络依赖主副细胞分泌产物协作。Cornutus 缺失特异阻断交配中 DCG 囊泡释放，DCG 成熟聚合异常，致 SP 网络失效。结论：iab-6^cocu 副细胞分泌特性破坏影响超 10% 已知 SFP 丰度，SP 网络多成员协同下调机制未明，DCG 囊泡产物经何路径介导长期交配后反应待析；该研究推进对精液信号通路调制雌性生理、精子利用与后代产生的普适理解。论文发表于《PLOS Genetics》。