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圖片來源：Pixabay

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精子之間的競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈——只有最先抵達(dá)的精子才能與卵子融合，完成受精。近日，一組德國研究者發(fā)現(xiàn)了一種能影響精子快速游動(dòng)的 RAC1 蛋白。當(dāng)這種活性蛋白水平達(dá)到最佳值時(shí)能夠提高單個(gè)精子的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，有些精子可能會(huì)通過給其他精子“下毒”來達(dá)到它們的“最終目的”。

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翻譯 | 李?yuàn)櫳?/p>

編輯 | 魏瀟

來源 | 科研圈（ID: keyanquan）

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精子游向卵子的過程是名副其實(shí)的生命競(jìng)賽。決定競(jìng)賽贏家的難道純粹是運(yùn)氣么？一項(xiàng)新研究顯示，不同精子之間的競(jìng)爭(zhēng)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(tǒng)的基因遺傳規(guī)律。攜帶這種基因片段的精子成功幾率高達(dá) 99%。

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來自德國馬克斯·普朗克分子遺傳學(xué)研究所（Max Planck Institute for Molecular Genetics，MPIMG）的研究團(tuán)隊(duì)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。

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研究團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn)，攜帶 t-單倍型片段的精子漸進(jìn)性（progressive）更強(qiáng)，即直線前進(jìn)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(yōu)勢(shì)。研究者對(duì)單個(gè)精子的分析顯示，移動(dòng)過程中前進(jìn)慢的精子一般具有普通的遺傳信息，而前進(jìn)程度更快的精子一般攜帶 t-單倍型片段。

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最重要的是，研究者將這種精子移動(dòng)上的差別與 RAC1 蛋白聯(lián)系了起來。這種分子通過激活其他蛋白，將信號(hào)從細(xì)胞外傳輸至胞內(nèi)。此前研究顯示，RAC1可能參與將白細(xì)胞或癌細(xì)胞引導(dǎo)至散發(fā)化學(xué)信號(hào)細(xì)胞的過程。這項(xiàng)新研究顯示，RAC1 可能還負(fù)責(zé)將精子細(xì)胞導(dǎo)航至卵子，讓精子“嗅到”它們的目標(biāo)。

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“單個(gè)精子的競(jìng)爭(zhēng)力取決于 RAC1 的活性水平；RAC1 活性過高或過低都可能干擾精子前進(jìn)，”本研究第一作者、MPIMG學(xué)者 Alexandra Amaral 表示。

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跑贏對(duì)手

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研究者發(fā)現(xiàn)，如果小鼠的 17 號(hào)染色體中只有含有單個(gè) t-haplotype （雜合子），那么它產(chǎn)生的精子中只有部分具備直線移動(dòng)能力，而另一些則表現(xiàn)較差。他們檢測(cè)了單個(gè)精子，發(fā)現(xiàn)基因“普通”的精子大多無法直線前進(jìn)。但在向精子群施加 RAC1 抑制物后，基因“普通”的精子也具備了前進(jìn)性，并且 t-haplotype 精子的優(yōu)勢(shì)消失了。這表明 RAC1 活性異常可能干擾精子的漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)能力。

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該結(jié)果解釋了為什么 17 號(hào)染色體上攜帶一對(duì) t-haplotype 的雄性小鼠（純合子）表現(xiàn)出不育。這些小鼠產(chǎn)生的所有精子都攜帶 t-haplotype，其中 RAC1 活性水平顯著高于基因正常的小鼠產(chǎn)生的精子，且基本無法游動(dòng)。

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此外，對(duì)于 17 號(hào)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 抑制劑后，精子的漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)也被干擾了。因此，RAC1 活性過低也對(duì)雄性小鼠不利。研究者猜測(cè)，部分男性不育可能與上述 RAC1 的活性異常有關(guān)。

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給競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手“下毒”

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“攜帶 t-單倍型的精子還可能會(huì)干擾其他不具備該片段的精子，” MPIMG發(fā)育遺傳學(xué)部門主任、柏林夏里特醫(yī)學(xué)院遺傳醫(yī)學(xué)部主任 Bernhard Herrmann 說道?！斑@里的精妙之處在于，它給所有精子‘下毒’，同時(shí)為自己生產(chǎn)解毒劑?！彼忉尩??！拔覀兛梢园堰@種情況想象一場(chǎng)馬拉松。參加比賽的所有選手都喝下了毒藥，只有少數(shù)幾位選手同時(shí)還喝了解藥?！?/p>

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就如他與同事們發(fā)現(xiàn)的那樣，t-單倍型片段中的部分變異可能會(huì)在精子發(fā)生的早期就產(chǎn)生干擾分子，擾亂正常精子運(yùn)動(dòng)。只要攜帶 t-單倍型，小鼠產(chǎn)生的所有精子都攜帶這種干擾分子，也就是被“下毒”。

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而“解毒藥”直到精子成熟期才會(huì)起效。這個(gè)過程中減數(shù)分裂讓每個(gè)精子只含有一半的染色體。擁有 t-單倍型的那一半精子才能夠逆轉(zhuǎn)干擾分子造成的負(fù)面影響。

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“我們的研究顯示，精子是毫不留情的競(jìng)爭(zhēng)者，” Herrmann 表示。此外，t-單倍型的例子顯示，一些基因可能通過“骯臟手段”保證自己得到延續(xù)的機(jī)會(huì)?！斑z傳差異讓部分精子在生命競(jìng)賽中獲得優(yōu)勢(shì)，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。

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原文鏈接：

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


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