2021年10月22日，中国农业大学生物学院农业生物技术国家重点实验室在Frontiers in Cell and Developmental Biology上发表了题为“The Role of Ca²⁺ in Maturation and Reprogramming of Bovine Oocytes: A System Study of Low-Calcium Model“的研究文章。

体细胞核转移 (SCNT) 在保护濒危物种、农业和再生医学方面具有潜在的应用价值。到目前为止，通过移植体细胞到去核成熟卵母细胞已经成功地在猪、猴子、山羊和其他动物身上产生了后代。在卵母细胞中，体细胞核被胞质因子迅速重新编程以获得多能性，了解成熟卵母细胞如何获得重编程能力是改进重编程过程的关键。这项研究则报道了钙离子对牛卵母细胞成熟与重编程的重要影响。

通过在体外成熟培养系统中加入50µM的BAPTA-AM，我们建立了牛MII期卵丘-卵母细胞复合体（COCs）的低钙模型。发现卵母细胞成熟率及体细胞核移植后胚胎发育力降低，说明Ca²⁺ 不仅影响牛卵母细胞成熟，还损害了卵母细胞的重编程能力。

图1低钙卵母细胞核成熟和SCNT胚胎发育受阻

两种重要的钙相关细胞器内质网和线粒体的荧光定位，显示它们分布在低钙MII卵母细胞皮质区域的非均匀簇，异常比例显著降低。此外，在低钙卵母细胞中，线粒体相关基因ATPase6和ATPase8表达下调，同时，低钙组ATP含量显著降低，表明线粒体功能受损。低钙MII卵母细胞中细胞质成熟相关基因的表达显著低于对照组，低钙条件下多能因子SOX2也显著降低。总的来说，低钙卵母细胞中COC形态异常、内质网和线粒体分布受损以及关键基因的表达和激活均发生了变化。

图2 低钙卵母细胞胞质成熟受损

为了进一步研究牛卵母细胞低钙损伤的机制，我们在IVM作用16.5h时对MII卵母细胞进行了RNA-seq检测。对低钙模型与对照组之间的差异表达基因进行筛选：在检测到的10555个基因(FPKM>0.1)中，低钙模型与对照组之间有79个差异表达基因(DEGs)(P值<0.05，FC>2)。其中，与对照组相比，在低钙模型中发现了51个下调基因，28个上调基因。对所选的DEGs进行GO分析，结果发现DEGs的显著富集与有丝分裂细胞周期中G1/S过度的调控有关(KS<0.01)，在该富集项目中差异最显著的基因为ID1。采用KEGG方法对表达上调和下调的基因进行分析，在下调的基因区域筛选出24个多能性细胞相关的差异基因。对6个已被鉴定为重要多能性的基因进行了定量验证，结果与转录组测序结果一致。

图3 低钙模型下牛卵母细胞的RNA-Seq

综上所述，该研究发现在低胞质钙牛卵母细胞中，通过诱导氧化应激和早期凋亡等，造成细胞质成熟和核成熟受损，进而降低牛卵母细胞的重编程能力，这些负面影响可能是由于ID1表达的减少引起的。

该文章中国农业大学生物学院农业生物技术国家重点实验室侯云鹏副教授为论文通讯作者，博士研究生孟琳为本文的第一作者，博士胡洪梅博士、硕士李雪、中国农业大学生物学院博士研究生张璐瑶、刘志强和中国农业大学动物科学技术学院博士研究生颛清芮、傅祥伟副教授、朱士恩教授为本文的共同作者。

原文链接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8577575/