Cross-species comparative single-cell transcriptomics highlights the molecular evolution and genetic basis of male infertility

转录组 生物 不育 计算生物学 遗传学 男性不育 进化生物学 生物信息学 基因 基因表达 怀孕
作者
Xiaoyan Wang,Liping Cheng,Xiaojian Lu,Jinrong He,Lina Cui,Yifei Guo,Jingtao Guo,Eugene Yujun Xu
出处
期刊:Cell Reports [Cell Press]
卷期号:44 (1): 115118-115118 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.celrep.2024.115118
摘要

In male animals, spermatogonia in testes differentiate into sperm, one of the most diverse cell types across species. Despite the evolutionary retention of key genes essential for spermatogenesis, the extent of their conservation remains unclear. To explore the genetic basis of spermatogenesis under strong selective pressure, we compare single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) datasets from the testes of humans, mice, and fruit flies. Our analysis identifies conserved genes involved in key molecular programs, such as post-transcriptional regulation, meiosis, and energy metabolism. We perform gene knockout experiments of 20 candidate genes, three of which, when mutated in fruit flies, result in reduced male fertility, emphasizing the conservation of sperm centriole and steroid lipid processes across mammals and Drosophila. Additionally, deep-learning analysis uncovers potential transcriptional mechanisms driving gene-expression evolution. These findings establish a core genetic foundation for spermatogenesis, offering insights into sperm-phenotype evolution and the underlying mechanisms of male infertility.
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