Abstract Spermatozoa harbour a complex and environment-sensitive pool of small non-coding RNAs (sncRNAs) 1 , which influences offspring development and adult phenotypes 1–7 . Whether spermatozoa in the epididymis are directly susceptible to environmental cues is not fully understood 8 . Here we used two distinct paradigms of preconception acute high-fat diet to dissect epididymal versus testicular contributions to the sperm sncRNA pool and offspring health. We show that epididymal spermatozoa, but not developing germ cells, are sensitive to the environment and identify mitochondrial tRNAs (mt-tRNAs) and their fragments (mt-tsRNAs) as sperm-borne factors. In humans, mt-tsRNAs in spermatozoa correlate with body mass index, and paternal overweight at conception doubles offspring obesity risk and compromises metabolic health. Sperm sncRNA sequencing of mice mutant for genes involved in mitochondrial function, and metabolic phenotyping of their wild-type offspring, suggest that the upregulation of mt-tsRNAs is downstream of mitochondrial dysfunction. Single-embryo transcriptomics of genetically hybrid two-cell embryos demonstrated sperm-to-oocyte transfer of mt-tRNAs at fertilization and suggested their involvement in the control of early-embryo transcription. Our study supports the importance of paternal health at conception for offspring metabolism, shows that mt-tRNAs are diet-induced and sperm-borne and demonstrates, in a physiological setting, father-to-offspring transfer of sperm mitochondrial RNAs at fertilization.

Bio-fluids contain various circulating cell-free RNA transcripts (ccfRNAs). The composition of these ccfRNAs varies between bio-fluids and constitute tantalizing biomarker candidates for several pathologies. ccfRNAs have also been demonstrated as mediators of cellular communication, yet little is known about their function in physiological and developmental settings and most works are limited to in-vitro studies. Here, we have developed iTAG-RNA, a novel method for the unbiased tagging of RNA transcripts in mice in-vivo. We used this method to isolate hepatocytes and kidney proximal epithelial cells-specific transcriptional response to a dietary challenge without interfering with the tissue architecture, and to identify multiple hepatocyte-secreted ccfRNAs in plasma. We also identified transfer of these hepatic derived ccfRNAs to adipose tissue, where they likely serve as a buffering mechanism to maintain cholesterol and lipid homeostasis. Our findings directly demonstrate in-vivo transfer of RNAs between tissues and highlight its implications for endocrine signaling and homeostasis.