研究實(shí)錘！當(dāng)?shù)迷?！父親年齡越大，遺傳基因突變?cè)蕉啵?/h1>
隨著社會(huì)的發(fā)展和生活水平的不斷提高，晚婚晚育的現(xiàn)象越來(lái)越普遍。說到“生育年齡”，人們的第一反應(yīng)總是與女性聯(lián)系在一起。“高齡產(chǎn)婦”和“女性最佳生育年齡”是熱門話題。男性在生殖過程中的角色總是在一定程度上被忽視，事實(shí)上，男性也有“最佳生育年齡”。那么大齡男性生育對(duì)后代會(huì)有什么影響呢？
近日，Nature子刊Nature Ecology & Evolution該雜志發(fā)表了題為“Transcriptional and mutational signatures of the aging germline”的研究發(fā)現(xiàn)，與年輕的雄性果蠅相比，老年雄性果蠅可能會(huì)向后代傳遞更多的新基因突變，這可能與老年果蠅在精子發(fā)生過程中清除突變的能力差有關(guān)。
洛克菲勒大學(xué)進(jìn)化遺傳學(xué)和基因組學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究小組將雄性果蠅分為兩組，羽化后48小時(shí)的果蠅為“年輕組”，羽化后25天的果蠅為“年長(zhǎng)組”。對(duì)兩組果蠅的睪丸生殖細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測(cè)序，并對(duì)體細(xì)胞組織進(jìn)行了基因組測(cè)序（DNA測(cè)序）。需要注意的是，體細(xì)胞是一個(gè)相對(duì)于生殖細(xì)胞的概念，體細(xì)胞的遺傳信息不會(huì)像生殖細(xì)胞那樣傳遞給下一代。
?
本研究使用Seurat 4根據(jù)精子發(fā)生過程，將生殖細(xì)胞分為六種類型：生殖系干細(xì)胞（GSC ）/早期精原細(xì)胞、晚期精原細(xì)胞、早期精母細(xì)胞、晚期精子細(xì)胞和晚期精子細(xì)胞。
?
研究人員通過單細(xì)胞 RNA 測(cè)序推斷基因組突變，然后將其與基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將突變與其發(fā)生的細(xì)胞類型相匹配。如果這種突變不存在于同一只果蠅細(xì)胞中 DNA 在中間，它被判定為新的突變（de novo mutation）。
圖：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和可視化概述
?
年老的果蠅在精子發(fā)生過程中表現(xiàn)出突變修復(fù)過程受損
為了評(píng)估年輕組和年長(zhǎng)組果蠅之間的突變負(fù)擔(dān)，研究者比較了每種細(xì)胞類型中至少檢測(cè)到一種突變的細(xì)胞比例。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在GSC/早期精原細(xì)胞中，與年輕組果蠅相比，年長(zhǎng)組果蠅的突變細(xì)胞比例稍高，但在統(tǒng)計(jì)上十分相似，均約50%的GSC/早期精原細(xì)胞至少有一種新生突變。但在隨后的細(xì)胞類型中分化明顯，年輕組果蠅晚期精子細(xì)胞只有8%發(fā)生突變，年長(zhǎng)組果蠅晚期精子細(xì)胞40%發(fā)生突變！
圖：年長(zhǎng)組果蠅生殖細(xì)胞突變修復(fù)受損
?
年老果蠅T>A突變顯著增加
研究者比較了年輕組果蠅和年長(zhǎng)組果蠅6種突變類型的比例，發(fā)現(xiàn)在年輕組果蠅中主要發(fā)生T>G和T>C突變。而在年長(zhǎng)組果蠅中，突變類型主要為T>A突變。這提示在精原細(xì)胞產(chǎn)生過程中可能存在與年齡相關(guān)的突變偏倚或基因突變修復(fù)偏倚。那么這些突變特征的差異的原因是什么呢？研究者進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在年長(zhǎng)組果蠅的GSC/早期精原細(xì)胞中基因組維持基因的表達(dá)顯著低于年輕組果蠅，表明可能是年長(zhǎng)組果蠅中基因組維持基因的低活性影響了突變偏倚。
圖：突變特征和基因組維持基因表達(dá)的年齡相關(guān)趨勢(shì)
?
果蠅早期生殖細(xì)胞基因組維持基因上調(diào)
隨后，研究者對(duì)211個(gè)與DNA損傷修復(fù)相關(guān)的基因進(jìn)行了差異表達(dá)測(cè)試。發(fā)現(xiàn)在年輕組果蠅GSC/早期精原細(xì)胞中24個(gè)DNA損傷反應(yīng)基因顯著富集，而在年長(zhǎng)組果蠅中僅有4個(gè)基因富集，基因組維持基因表達(dá)不足可能會(huì)影響精子發(fā)生過程中的修復(fù)效率。
?
緊接著，研究者發(fā)現(xiàn)年輕組果蠅GSC/早期精原細(xì)胞中富集的主要是RNA聚合酶亞基或參與轉(zhuǎn)錄的一些基因。這表明，年長(zhǎng)組果蠅的突變特征可能是由轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)缺陷引起的。
圖：基因組維持基因的年齡相關(guān)差異表達(dá)
?
晚期生殖細(xì)胞富集基因dN/dS值較早期更高，年輕組果蠅富集基因dN/dS值較年長(zhǎng)組更高
研究者通過比較dN/dS值，探究了衰老過程中基因表達(dá)的失調(diào)對(duì)進(jìn)化是否存在影響。首先，我們了解一下dN/dS值是什么，簡(jiǎn)單來(lái)說，dN/dS值越大越好，即正向選擇占主導(dǎo)地位，有害突變占比越小。
?
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在年輕組和年長(zhǎng)組果蠅中，晚期生殖細(xì)胞富集基因比GSC/早期精原細(xì)胞富集基因具有更高的dN/dS值，這一結(jié)果表明精母細(xì)胞和精子細(xì)胞是快速進(jìn)化或正向選擇的來(lái)源，突出了晚期精子發(fā)生在轉(zhuǎn)錄和功能創(chuàng)新中的重要性。出乎意料的是，在相似的細(xì)胞類型中，與年長(zhǎng)組果蠅相比，年輕組果蠅細(xì)胞中富集基因dN/dS更高，提示年輕果蠅比年長(zhǎng)果蠅具有更大的進(jìn)化優(yōu)勢(shì)。
?圖：細(xì)胞型富集基因和年齡富集基因的dN/dS變化趨勢(shì)
?
綜上所述，該研究為男性生殖細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和突變特征提供了新的見解，值得注意的是，該研究中的突變是針對(duì)轉(zhuǎn)錄本的檢測(cè)，然而不同細(xì)胞間存在差異，后續(xù)可通過同時(shí)對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行RNA-seq和全基因組測(cè)序排除該因素的影響，并且該研究結(jié)果在人類身上是否適用也值得進(jìn)一步研究。
?
