精子发生是二倍体生殖细胞经过减数分裂形成单倍体精子的过程,包括：PGCs形成、迁移、增殖和分化,性原细胞的增殖、静息和迁移,精原干细胞的自我更新和分化,有丝分裂向减数分裂转换,精母细胞的减数分裂和精细胞变形。精子发生过程对有性生殖具有决定性作用,其中任何阶段出现异常都会导致生殖异常,甚至不育。精子发生的关键基因发现主要通过对基因修饰模式生物的研究,精子发生的详细机理仍不清楚。由精子发生异常所导致的人类非梗阻无精子症,包括唯支持细胞综合征CSCOS),除采用供精授精外,尚无其他有效的治疗方法。为探讨哺乳动物精子发生的机制以及由其异常导致的SCOS发病机理,分别做了以下工作：1.减数分裂是有性生殖生物的最基本特征—配子发生的必需过程,由于无合适的体外研究模型,对减数分裂的了解主要依赖于对基因修饰模式生物的研究。而所用的模式生物种类繁多、减数分裂相关基因的保守性也各不相同。在临床上,导致减数分裂异常进而诱发无精子症的致病基因仍不清楚。因此,对减数分裂中起重要作用的所有基因(蛋白质)的相关信息进行了收集、分析。通过文献检索,发现截止到2013年05月01日共有约40,000篇论文提及减数分裂,阅读后,确认其中涉及的2008个基因参与减数分裂。在此基础上,建立了一个整合的、可搜索的数据库MeiosisOnline1.0。同时,利用GAS算法,预测出606个潜在的减数分裂功能基因。并对减数分裂功能基因和潜在功能基因进行了注释、GO分析和蛋白质相互作用分析。2.发现Pdia3定位于各级生精细胞及Sertoli细胞中,且全身性敲除该基因导致小鼠早期胚胎致死。因此,为研究Pdia3对配子发生的影响,利用Cre-Loxp系统在小鼠生殖细胞和Sertoli细胞分别敲除Pdia3,结果显示：生精细胞中特异性敲除Pdia3对精子发生无明显影响,但对精子的受精能力及其后的早期胚胎发育产生较大影响。Sertoli细胞中敲除Pdia3对生精过程及生育均无明显影响。揭示了Pdia3在精子受精能力及精子来源Pdia3在植入前胚胎发育中的重要功能。3.在基因水平,高达2300个基因参与了雄性配子发生过程,而其中近400个基因在分别敲除后会导致小鼠精子发生异常,但人类无精子症患者致病基因知之甚少。为发现无精子症患者中SCOS的致病基因,在对2000余份无精子症患者的睾丸组织进行组织病理学分析和减数分裂分析的基础上,对无精子症患者进行了分类。并对其中不明原因的20例SCOS患者,进行了全外显子测序和一系列生物信息学分析及其文献查阅,筛选出SCOS候选致病基因HELQ和BRD4。在20个患者中,发现2个HELQ突变位点,其中位点(T490A)在166个散发SCOS的全外显子Sanger测序中又被检测到1次,同时,又发现了4个新的错义突变位点,其在SCOS的总突变率为4.37%。BRD4,在20个进行外显子测序的SCOS中,发现2个病例各具有一个突变位点,在166个散发病例中又发现3个新错义突变位点,其在SCOS的总突变率为4.30%。在果蝇上,对BRD4同源物fs(1)h在生殖细胞中进行特异性敲减,发现果蝇睾丸出现生殖细胞丢失现象,与人类SCOS的表型相似。通过以上研究,我们首次发现了SCOS致病基因HELQ和BRD4,且在果蝇上验证了BRD4同源基因fs(1)h在GSC中的关键作用。揭示SCOS致病机制,为SCOS患者基因诊断提供分子标志。