生命科學：為了贏，精子能給同伴“下毒”

圖片來源：Pixabay
精子遊向卵子的過程是名副其實的生命競賽。決定競賽贏家的難道純粹是運氣麽？一項新研究顯示，不同精子之間的競爭能力也有差別。在小鼠中，一種天生的“自私”DNA片段打破了傳統的基因遺傳規律。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·普朗克分子遺傳學研究所（MPIMG）的研究團隊描述了這種名為“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勢。研究者對單個精子的分析顯示，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RAC1蛋白聯係了起來。這種分子通過激活其他蛋白，將信號從細胞外傳輸至胞內。此前研究顯示，RAC1可能參與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”它們的目標。
“單個精子的競爭力取決於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。

圖片來源：Pixabay
跑贏對手
研究者發現，如果小鼠的17號染色體中隻有含有單個 t-haplotype（雜合子），那麽它產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。他們檢測了單個精子，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。
該結果解釋了為什麽17號染色體上攜帶一對 t-haplotype的雄性小鼠（純合子）表現出不育。這些小鼠產生的所有精子都攜帶 t-haplotype，其中RAC1活性水平顯著高於基因正常的小鼠產生的精子，且基本無法遊動。
此外，對於17號染色體上均不攜帶 t-haplotype的正常小鼠來說，給它們的精子施加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上述RAC1的活性異常有關。
給競爭對手“下毒”
“攜帶 t-單倍型的精子還可能會幹擾其他不具備該片段的精子，”MPIMG發育遺傳學部門主任、柏林夏裏特醫學院遺傳醫學部主任Bernhard Herrmann說道。“這裏的精妙之處在於，它給所有精子‘下毒’，同時為自己生產解毒劑。”他解釋道。“我們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。”
就如他與同事們發現的那樣，t-單倍型片段中的部分變異可能會在精子發生的早期就產生幹擾分子，擾亂正常精子運動。隻要攜帶 t-單倍型，小鼠產生的所有精子都攜帶這種幹擾分子，也就是被“下毒”。

圖片來源：Pixabay
而“解毒藥”直到精子成熟期才會起效。這個過程中減數分裂讓每個精子隻含有一半的染色體。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。
“我們的研究顯示，精子是毫不留情的競爭者，”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。“遺傳差異讓部分精子在生命競賽中獲得優勢，這保證了一些特定基因變異能夠傳遞給下一代，”研究者表示。
翻譯：李姍珊
編輯：魏瀟
引進來源：Max Planck Society
引進鏈接：https://eurekalert.org/emb_releases/2021-02/m-ssp020221.php
本文來自：環球科學


關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書籍】，了解最新科普書籍
回複【團體定製】，了解最新團體定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習觀鳥相關科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情