日本科學家發明鑑定精子“性別”的新方法，或改變生育法則_風聞
重度选择恐惧症患者-2019-08-16 09:41
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有性生殖中，雄性一方會提供帶有兩種性染色體的精子。而按照遺傳邏輯，卵子獲得X和Y染色體的幾率應該是一樣的，因此後代雌雄比也會維持在1:1左右。但是，自然界並不會完全遵循1:1的規則，而現在日本廣島大學的科學家，也已經找到了快速分離兩類精子的方法。通過該方法選擇精子並進行授精後，可以讓後代90%都是雄性。
撰文丨楊心舟
從遺傳學的角度來説，男性的精原細胞會通過減數分裂形成精子，X染色體和Y染色體也會平均地分配到精子中，因此後代的性別也應該是隨機的，雌雄比維持在1:1的比例。不過，生物界並沒有一直恪守這一準則。
性別選擇並不罕見
在2013年，科學家就首次觀測到哺乳動物是可以自己選擇後代性別的。在在一項發表於 PLoS One 的研究中，斯坦福大學領導的研究團隊分析了聖地亞哥動物園長達90年的動物繁育記錄，研究範圍涉及678種哺乳動物，包括靈長類、食肉類動物如熊和獅子、食草類動物如牛和鹿，最終確定研究中的哺乳動物都擁有這種性別選擇的行為。
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這項研究指出，性別選擇的行為可以給哺乳動物帶來更多的後代，比如在這項研究中，當祖母輩不按1:1的雌雄比生育，而產生更多的雄性後代時，到了孫輩，它們的後代數目平均是按正常比例生育的2.7倍。
不過，這種選擇策略完全掌控在雌性身上，當時該研究的主要作者Joseph Garner表示，想要做到這一點只需要控制好精子的輸送過程就行。他認為雌性能夠調控自己的生殖道環境，從而選擇性地讓帶X染色體或者Y染色體的精子（後簡稱X精子、Y精子）加速到達輸卵管、與卵子結合。當時的研究對動物是如何選擇精子的機制並不太清楚，不過他們推測人類也會通過外界的環境因素獲得這種能力，來改變性別比例。
拋開自然層面的性別選擇，對於人類來説，人工自行選擇胎兒性別是有違倫道德和法律的。但是對於有性別選擇遺傳疾病的家庭來説，通過正規的醫學手段提前篩選精子，無疑是規避疾病風險的重要手段（當然，現在仍有國家不接受任何原因的後代性別選擇行為）。現存的輔助生育技術（ARTs）、授精前的基因診斷（PGD）或者精子細胞分選，都能為臨牀的性別選擇提供技術支持，不過都比較昂貴。
X和Y帶來的差異
在2017年，南非斯坦陵布什大學的研究者提出，X精子與Y精子的移動性和生理特性並不完全一樣。在他們的實驗中，通過改變溶液的pH值就能實現X精子和Y精子的分離，原因就在於Y精子對外界環境更加敏感。在酸性環境、温度升高和氧化壓力升高的條件下，Y精子的移動性會迅速下降。而相反，鹼性環境下X精子的移動性會大打折扣。
這暗示着，通過控制精子的移動能力就能分離兩類精子，人工選擇後代性別。當然，無論是哪種方法，前提都是不能夠影響精子的活性和生育能力。
X染色體和Y染色體最大的區別在於染色體長度：Y染色體編碼的基因數量不超過700個，而X染色體則負責編碼超過3000個基因。顯然，基因在X精子和Y精子的生理學特性中扮演了重要角色。
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比如TAZ蛋白，一種受外界環境刺激的轉錄調控因子；XIAP蛋白，可以抑制細胞凋亡的蛋白；G6PDX，聯繫着特殊的生化通路，這三種蛋白都是受X染色體相關的基因編碼，而Y染色體則沒有。因此X精子的穩態調節方式和精子細胞功能必然與Y精子有很大區別。
廣島大學的島田昌之長期研究性染色體帶給精子的差異，他在2011年已經發現精子會特異表達Tol樣受體蛋白，並且與特定配體相結合。他曾推測，X和Y染色體會編碼不同的環境監測蛋白，來應對和處理不同的環境，從而影響精子的移動性。研究人員只要找出這些監測蛋白是哪些就可以了。
為後代選擇性別
在最新發表在 PLoS biology 上的新研究中，島田把這個移動性開關鎖定在了Tol樣受體編碼基因上。為了能夠區分X精子和Y精子，他首先找到了只在X染色體上表達的500多個基因，並且挑選出了18個編碼受體的基因，這一步是為了找到靶標，能夠通過外界添加化合物來發揮作用。
在這些候選者中，TLR7和TLR8引起了他的注意。因為這個家族中的TLR2和TLR4可以在人類的精子中檢測到，並且在添加這兩個蛋白配體的情況下，可以降低精子的存活率、移動率，並抑制精子獲能能力。
TLR7和TLR8只會特異地在含有X染色體的精子中表達
島田挑選了針對TLR7和TLR8的配體（R848和R837），並將它們加入了含有精子的緩衝液中。一般來説，培養在緩衝液中的活躍精子都會拼命地向上層遊動，這也是精子移動能力的體現。不過，當兩種配體添加至溶液後，上層的精子數量開始顯著減少。經過計算機分析，這些還留在上層的精子大部分都含有Y染色體，而X精子則從上層溶液中大面積地消失了。
為了驗證經過這種簡單處理後的精子是否仍然具有生殖能力，島田分別收集了上層和下層溶液的精子，並在小鼠中進行人工授精。與對照組未處理的精子相比，這兩批實驗組的精子在受精卵和胚胎形成過程中都沒有差異。而在新生小鼠中，如果使用的是上層溶液中提取的快速遊動型精子，那麼後代90%都是雄性，而如果使用的是下層移動受限的精子，那麼後代則81%是雌性。
這種新方法可以非常迅速地篩選分離兩類精子，根據文獻描述，即使是在最低有效劑量條件下，也只需要1小時就能有效將X精子的移動性降到最低。相比現有的分離技術也更加安全，不會損傷精子的活性和繁殖能力。現在兩種常見的授精方式，試管授精（在培養皿中生成受精卵）和人工授精（向雌性生殖道中移植精子），該方法都能很好地發揮作用。
不過，現在的技術研發目的是為了理解性染色體在精子中起到了何種作用，島田表示，“這些性染色體差異性表達的基因可以讓我們更好地分離兩類精子，這對於動物和家畜的種羣選擇繁衍很有意義，”但是他也指出，現階段還不能夠在人類生殖中使用該方法，在廣泛應用前還有許多倫理審核工作要做。
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