近日，国际学术期刊BMC Biology在线发表了开云网页版登录入口-开云（中国）生物技术学院/农业农村部蚕桑遗传改良重点实验室谭安江教授团队题为“The mechanoreceptor Piezo is required for spermatogenesis in Bombyx mori”的研究论文。该研究通过对家蚕机械力受体Piezo的功能解析，揭示了Piezo在家蚕有核精子发育和雄性生殖过程中的重要作用。
自然界不同物种的精子在形态、组成和活力等方面都呈现出高度多样性。精子多态性也广泛存在于昆虫，如鳞翅目模式昆虫家蚕可以产生有核精子和无核精子。在家蚕的精巢中，生精囊中的精母细胞通过两次连续的减数分裂产生256个精细胞。精细胞分化并延长形成含有256个精子的有核精子束或无核精子束。有核精子束内含有使卵细胞受精的单倍体精子，精子的核呈针状，且分布于精子束的前端。有核精子通过“蠕动挤压”行为排出细胞质成分形成成熟的有核精子，而无核精子束通过“蠕动挤压”行为排出细胞核形成成熟的无核精子。这种蠕动挤压过程的调控机制目前尚不清楚。另一方面，机械力感知在动植物的生命过程中发挥不可或缺的作用，位于细胞膜上的机械力受体可以将机械信号转换成电化学信号，从而对外界和本体产生的机械力进行感知。因此需要探索机械力受体Piezo是否在家蚕精子的蠕动挤压乃至整个发育过程中发挥作用。
本研究在家蚕中敲除机械力受体Piezo后，发现突变体在整体生长发育受到一定程度的影响外，也会导致雄性不育。免疫荧光染色实验表明Piezo在有核精子蠕动挤压形成的膨大结构中高表达，进一步观察发现在Piezo突变体中，有核精子蠕动挤压后期细胞质成分富集在尾端无法正常排出，转录组测序分析发现Piezo突变导致肌动蛋白细胞骨架相关信号通路紊乱。由于有核精子发育后期通过蠕动挤压在尾部形成一个球形结构，精子束尾部的剧烈变化可能伴随着细胞膜张力的变化，以上实验结果表明Piezo 在有核精子细胞质的清除过程中发挥重要作用，突变后导致有核精子束对膜张力感知缺失，进一步扰乱了细胞骨架组装和重排过程，最终影响细胞质碎片的释放和有核精子的成熟。解剖生殖腺后发现Piezo突变体中未成熟的有核精子束无法从精巢中转移至输精管和射精囊中，从而导致雄性不育。综上所述，本研究首次发现了机械力受体piezo调控家蚕精子发育从而影响雄性生殖能力。
本论文的第一作者和通讯作者署名单位均为开云网页版登录入口-开云（中国），张忠杰副教授是论文的第一作者和共同通讯作者，谭安江教授为通讯作者，团队其他成员及美国Iowa state University的白桦教授和University of Kentucky的Subba Reddy Palli教授也参与了该项工作。该项目得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和江苏省科协青年科技人才托举工程的资助。
文章链接：https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-024-01916-y
（撰稿：陈凯 初审：罗文 二审：夏志平 三审：张强 编辑：罗文）
