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圖片來源：Pixabay

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精子之間的競爭相當激烈——只有最先抵達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精子的競爭力。此外，有些精子可能會通過給其他精子“下毒”來達到它們的“最終目的”。

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翻譯 | 李姍珊

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的生命競賽。決定競賽贏家的難道純粹是運氣么？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(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 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。

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研究團隊的實驗首次發(fā)現(xiàn)，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(yōu)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。

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最重要的是，研究者將這種精子移動上的差別與 RAC1 蛋白聯(lián)系了起來。這種分子通過激活其他蛋白，將信號從細胞外傳輸至胞內(nèi)。此前研究顯示，RAC1可能參與將白細胞或癌細胞引導(dǎo)至散發(fā)化學(xué)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(dǎo)航至卵子，讓精子“嗅到”它們的目標。

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

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跑贏對手

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研究者發(fā)現(xiàn)，如果小鼠的 17 號染色體中只有含有單個 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能力，而另一些則表現(xiàn)較差。他們檢測了單個精子，發(fā)現(xiàn)基因“普通”的精子大多無法直線前進。但在向精子群施加 RAC1 抑制物后，基因“普通”的精子也具備了前進性，并且 t-haplotype 精子的優(yōu)勢消失了。這表明 RAC1 活性異?？赡芨蓴_精子的漸進運動能力。

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該結(jié)果解釋了為什么 17 號染色體上攜帶一對 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。

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此外，對于 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 抑制劑后，精子的漸進運動也被干擾了。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(guān)。

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給競爭對手“下毒”

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“攜帶 t-單倍型的精子還可能會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’，同時為自己生產(chǎn)解毒劑?！彼忉尩?。“我們可以把這種情況想象一場馬拉松。參加比賽的所有選手都喝下了毒藥，只有少數(shù)幾位選手同時還喝了解藥。”

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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在精子發(fā)生的早期就產(chǎn)生干擾分子，擾亂正常精子運動。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起效。這個過程中減數(shù)分裂讓每個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)干擾分子造成的負面影響。

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“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“骯臟手段”保證自己得到延續(xù)的機會。“遺傳差異讓部分精子在生命競賽中獲得優(yōu)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。

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原文鏈接：

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


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