单分子足迹分析揭示小鼠和人类成熟精子中核小体占据率较低

核小体是真核生物中 DNA 包装和基因调控的基本单位。在哺乳动物精子中，大多数核小体被鱼精蛋白所取代，从而导致染色质极度压缩。多项表观基因组研究对哺乳动物精子中残余核小体的分布给出了相互矛盾的结果，这使其在介导父源表观遗传信息跨代遗传中的潜在作用受到质疑。在本研究中，我们通过核小体占据与甲基化组（Nucleosome Occupancy and Methylome, NOMe）测序进行了单分子足迹分析，并应用贝叶斯统计模型 nomeR，确定了小鼠成千上万个发育中的单倍体精子细胞和成熟精子细胞中 103 个特定基因组区域的核小体移除与保留频率。我们在圆形精子细胞中清晰检测到核小体和转录因子 CTCF 的足迹；而在伸长型精子细胞中，染色质暂时变得高度可及，此类足迹随之消失，表明在精子发生过程中染色质经历了广泛重编程。在成熟精子中，经重组核质素（nucleoplasmin）诱导核去凝缩后，我们在小鼠位点测得的核小体占据频率约为 1.2% 至 1.7%。在人类精子中，在 163 个基因组位点的分析中，核小体占据频率约为 2.3% 至 4.5%。与小鼠不同，约 25% 的人类精子在降低鱼精蛋白之间二硫键后染色质变得可及，这表明鱼精蛋白包装具有物种特异性。我们的研究结果支持这样一种观点：残余核小体在哺乳动物精子中调控父源基因表达并参与随后胚胎发育的潜在作用更可能是随机性的，而非预先编程的。

核小体是真核生物中 DNA 包装和基因调控的基本单位。在哺乳动物精子中，大多数核小体被鱼精蛋白取代，从而导致染色质极度压缩。多项表观基因组研究对哺乳动物精子中残余核小体的分布给出了相互矛盾的结果，这也引发了人们对其是否可能介导父源表观遗传信息跨代传递的质疑。在本研究中，我们通过核小体占据与甲基化组（Nucleosome Occupancy and Methylome，NOMe）测序开展单分子足迹分析，并应用贝叶斯统计模型 nomeR，测定小鼠成千上万处发育中的单倍体精子细胞和成熟精子细胞中 103 个特定基因组区域的核小体去除与保留频率。我们在圆形精子细胞中清晰检测到核小体和转录因子 CTCF 的足迹；而在伸长中的精子细胞中，染色质暂时变得高度可及，这些足迹消失，提示精子发生过程中存在广泛的染色质重编程。在成熟精子中，经重组核质素诱导核去凝聚后，我们在小鼠位点测得的核小体占据频率约为 1.2% 至 1.7%。在人类精子中，在 163 个基因组位点上测得的核小体占据率约为 2.3% 至 4.5%。与小鼠不同，通过降低鱼精蛋白之间的二硫键后，约 25% 的人类精子染色质变得可及，说明鱼精蛋白包装存在物种特异性。我们的研究结果支持这样一种观点：哺乳动物精子中残余核小体在调控随后胚胎发育期间父源基因表达方面，可能具有随机性而非程序化的作用。

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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.30.735528v1?rss=1

🏷️ 精子核小体 NOMe测序 染色质重编程 鱼精蛋白 表观遗传 单分子足迹分析