2021年9月27日11点30分，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心“青年学者”论坛第二十六期如期举行。“青年学者”论坛由分子细胞卓越中心细胞生物学重点实验室、分子生物学重点实验室及研究生会共同主办。本期活动邀请的报告人是吴立刚组的张宏道博士，张宏道博士为大家介绍了他们团队在Nature Cell Biology上发表的研究成果“The piRNA pathway is essential for generating functional oocytes in golden hamsters”，该研究揭示了piRNA通路在金黄地鼠（Mesocricetus auratus，golden hamster）雄性和雌性生殖中均具有不可或缺的功能，颠覆了此前认为piRNA通路在哺乳动物雌性生殖中不具有功能的研究结论。

张宏道博士首先向大家介绍了piRNA，piRNA是一类在生殖细胞中特异性高表达的小RNA，长度为18-30 nt，与PIWI家族蛋白结合形成复合物在转录和转录后水平调控转座子（transposon）和基因的表达，在生殖细胞发育中具有重要功能。随后张宏道博士对piRNA在生殖细胞中的作用进行了细致的讲解。

研究人员发现小鼠卵细胞中小RNA的种类和表达特征在哺乳动物中不具有广泛的代表性，小鼠卵细胞中大量表达类似siRNA的endo-siRNA，而包括人和猴在内的大部分哺乳动物卵细胞中并不表达endo-siRNA，表达量最高的小RNA类型是piRNA。因此，以小鼠为模式动物获得的piRNA功能相关的结论需要在其他模式动物中进行检验。

然后，研究人员挑选了更具有代表性的金黄地鼠作为模式动物开展研究。金黄地鼠卵细胞中PIWI基因的表达及小RNA组成与包括人类和猴在内的其他大部分哺乳动物相似。研究人员利用CRISPR技术构建了piRNA通路重要作用蛋白PIWIL1和MOV10L1（RNA解旋酶）的缺失突变体，结果显示雄性和雌性金黄地鼠纯合突变体均无法产生后代：雄性纯合突变体呈现严重的生精细胞发育障碍；而雌性纯合突变体具有正常的卵巢结构，能够产生数量正常、没有明显形态缺陷的成熟卵细胞，但与野生型雄性金黄地鼠交配后产生的受精卵无论是在体内生长还是在体外培养条件下发育均停滞在二细胞时期，并发生崩解死亡。

正向和反向的胚胎移植实验进一步证明了胚胎发育的停滞是由于卵细胞自身存在缺陷，而并非是受孕母鼠的输卵管或卵巢存在异常。小RNA和转录组测序研究发现，PIWIL1在卵细胞中结合23-nt和29-nt两种不同长度piRNA，随着卵细胞和胚胎的发育，PIWIL1结合的piRNA从29-nt逐渐过渡到23-nt。敲除PIWIL1基因造成卵细胞中ERV和LINE1等逆转座子的异常积累，同时导致母源mRNA降解减慢和胚胎早期发育中合子基因激活（ZGA）失败。

本研究结果表明piRNA通路对金黄地鼠雄性和雌性生殖发育都是必要的，在沉默转座子和维持合子基因激活中发挥了重要作用。值得一提的是，在同期的Nature Cell Biology上，来自日本庆应义塾大学的Haruhiko Siomi团队和来自捷克科学院的Petr Svoboda团队同时报道了这一现象。由于金黄地鼠卵细胞中小RNA的种类和表达特征与包括人类和食蟹猴在内的其他大部分哺乳动物相似（Nature Communications, 2019），该研究结果提示piRNA通路在人类和其他哺乳动物雌性生殖中很可能同样具有重要功能，为研究piRNA通路异常与女性生殖相关疾病的诊治提供了重要理论基础和动物模型。

在随后的提问环节中，张宏道博士与同学们进行了充分的讨论，并细致地解答了同学提出的问题。至此，“青年学者”论坛第二十六期活动圆满结束。

张宏道博士作报告

实验示例图

活动现场