圖片來源：Pixabay

精子之間的競爭(zheng) 相當激烈——隻有最先抵達的精子才能與(yu) 卵子融合，完成受精。近日，一組德國研究者發現了一種能影響精子快速遊動的 RAC1 蛋白。當這種活性蛋白水平達到最佳值時能夠提高單個(ge) 精子的競爭(zheng) 力。此外，有些精子可能會(hui) 通過給其他精子“下毒”來達到它們(men) 的“最終目的”。

翻譯 | 李姍珊

編輯 | 魏瀟

來源 | 科研圈（ID: keyanquan）

精子遊向卵子的過程是名副其實的生命競賽。決(jue) 定競賽贏家的難道純粹是運氣麽(me) ？一項新研究顯示，不同精子之間的競爭(zheng) 能力也有差別。在小鼠中，一種天生的“自私” DNA 片段打破了傳(chuan) 統的基因遺傳(chuan) 規律。攜帶這種基因片段的精子成功幾率高達 99%。

來自德國馬克斯·普朗克分子遺傳(chuan) 學研究所（Max Planck Institute for Molecular Genetics，MPIMG）的研究團隊描述了這種名為(wei) “t-單倍型”（t-haplotype）的基因片段是如何提高受精成功率的。

研究團隊的實驗首次發現，攜帶 t-單倍型片段的精子漸進性（progressive）更強，即直線前進的速度相較普通精子要更快，因此這些特殊精子在卵子受精過程中更具優(you) 勢。研究者對單個(ge) 精子的分析顯示，移動過程中前進慢的精子一般具有普通的遺傳(chuan) 信息，而前進程度更快的精子一般攜帶 t-單倍型片段。

最重要的是，研究者將這種精子移動上的差別與(yu) RAC1 蛋白聯係了起來。這種分子通過激活其他蛋白，將信號從(cong) 細胞外傳(chuan) 輸至胞內(nei) 。此前研究顯示，RAC1可能參與(yu) 將白細胞或癌細胞引導至散發化學信號細胞的過程。這項新研究顯示，RAC1 可能還負責將精子細胞導航至卵子，讓精子“嗅到”它們(men) 的目標。

“單個(ge) 精子的競爭(zheng) 力取決(jue) 於(yu) RAC1 的活性水平；RAC1 活性過高或過低都可能幹擾精子前進，”本研究第一作者、MPIMG學者 Alexandra Amaral 表示。

跑贏對手

研究者發現，如果小鼠的 17 號染色體(ti) 中隻有含有單個(ge) t-haplotype （雜合子），那麽(me) 它產(chan) 生的精子中隻有部分具備直線移動能力，而另一些則表現較差。他們(men) 檢測了單個(ge) 精子，發現基因“普通”的精子大多無法直線前進。但在向精子群施加 RAC1 抑製物後，基因“普通”的精子也具備了前進性，並且 t-haplotype 精子的優(you) 勢消失了。這表明 RAC1 活性異常可能幹擾精子的漸進運動能力。

該結果解釋了為(wei) 什麽(me) 17 號染色體(ti) 上攜帶一對 t-haplotype 的雄性小鼠（純合子）表現出不育。這些小鼠產(chan) 生的所有精子都攜帶 t-haplotype，其中 RAC1 活性水平顯著高於(yu) 基因正常的小鼠產(chan) 生的精子，且基本無法遊動。

此外，對於(yu) 17 號染色體(ti) 上均不攜帶 t-haplotype 的正常小鼠來說，給它們(men) 的精子施加 RAC1 抑製劑後，精子的漸進運動也被幹擾了。因此，RAC1 活性過低也對雄性小鼠不利。研究者猜測，部分男性不育可能與(yu) 上述 RAC1 的活性異常有關(guan) 。

給競爭(zheng) 對手“下毒”

“攜帶 t-單倍型的精子還可能會(hui) 幹擾其他不具備該片段的精子，” MPIMG發育遺傳(chuan) 學部門主任、柏林夏裏特醫學院遺傳(chuan) 醫學部主任 Bernhard Herrmann 說道。“這裏的精妙之處在於(yu) ，它給所有精子‘下毒’，同時為(wei) 自己生產(chan) 解毒劑。”他解釋道。“我們(men) 可以把這種情況想象一場馬拉鬆。參加比賽的所有選手都喝下了毒藥，隻有少數幾位選手同時還喝了解藥。”

就如他與(yu) 同事們(men) 發現的那樣，t-單倍型片段中的部分變異可能會(hui) 在精子發生的早期就產(chan) 生幹擾分子，擾亂(luan) 正常精子運動。隻要攜帶 t-單倍型，小鼠產(chan) 生的所有精子都攜帶這種幹擾分子，也就是被“下毒”。

而“解毒藥”直到精子成熟期才會(hui) 起效。這個(ge) 過程中減數分裂讓每個(ge) 精子隻含有一半的染色體(ti) 。擁有 t-單倍型的那一半精子才能夠逆轉幹擾分子造成的負麵影響。

“我們(men) 的研究顯示，精子是毫不留情的競爭(zheng) 者，” Herrmann 表示。此外，t-單倍型的例子顯示，一些基因可能通過“肮髒手段”保證自己得到延續的機會(hui) 。“遺傳(chuan) 差異讓部分精子在生命競賽中獲得優(you) 勢，這保證了一些特定基因變異能夠傳(chuan) 遞給下一代，”研究者表示。

原文鏈接：

https://eurekalert.org/emb_releases/2021-02/m-ssp020221.php


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