正好最近刚看了一篇报道,新的研究表明,很可能卵子并不是像传统观点认为的那样,被动地随机接受一个精子,而是发挥了积极的选择作用。原文来自:“胜者为王”的受精游戏:卵子可能主动选择某些精子 - 卵子,精子,受精 - IT之家
传统观点认为,在“胜者为王”的受精游戏中,数百万精子竞争朝向卵子游动,卵子则在终点线上被动等待。
对于能够获得奖杯的精子获胜者,取决于它们最后的冲刺。精子的身份是随机的,卵子一直被动等待着,直到最强精子最终抵达。
太平洋西北研究所首席科学家乔伊·纳多(Joe Nadeau)正在挑战这一教条理论,随机受精应当导致后代基因组合的特定比例,但是纳多从他的实验室里发现两个例子,结果表明卵子受精远非随机:某些配对基因比其它基因更有可能。
在排除了明显替代解释之后,他得出唯一结论——卵子受精并非完全随机。
纳多说:“这是一种相当于选择伴侣的配子。”他的假设是这样的,卵子使用特定的基因吸引精子,同时反之亦然,生物学已逐渐认识到,卵子并非顺从、温顺的细胞,它们在繁殖方面具有积极作用,人们可以在生命最重要的进程中添加进化控制和选择。
按照传统理论,由奥地利遗传学家格里哥·孟德尔(Gregor Mendel)提出的分离定律,父母携带各自两种基因副本,将随机分离成为仅携带一个副本的配子。如果父母是杂合子(heterozygotes)——他们携带一个基因的两个不同版本,那么他们子女出现杂合子的概率为50%,他们子女携带两个不同版本的相同基因概率为25%,另外25%的概率是与其它基因的杂合子。大家在高中生物课上都是这么学的。
这项显著差异表现在2005年纳多的研究观察,当时,他开始研究老鼠身上两种特殊基因的遗传特性,之后发现它们随机受精的可能性完全消失。在纳多的西雅图实验室里,他开始怀疑孟德尔的分离定律是否错误?
纳多并未着手置疑孟德尔的分离定律,相反,他希望知道两种基因(Apobec1和Dnd1)之间的交互性如何影响患睾丸癌的风险,这是最可能遗传的一种癌症。
当纳多和他的博士生詹尼弗·泽彻尔(Jennifer Zechel)培育携带一只雌鼠,该雌鼠具有一个正常和一个变异的Dnd1副本,并与Apobec1杂合子的雄鼠进行交配,所有事情都遵循着孟德尔分离定律,到目前为止,它们一切情况正常。
但是在实验中对它们进行逆向培育(雌鼠具有Apobec1杂合子,与具有Dnd1杂合子的雄鼠进行交配),事情就变得奇怪了,他们发现仅有27%的后代具有突变Dnd1,突变Apobec1,或者同时具有Dnd1和Apobec1,而按照传统理论预期的概率应为75%。
作为一名用几十年时间研究遗传基因的研究人员,纳多意识到存在许多因素能够影响卵子受精随机性概率。
如果一个受精卵子最终是一个隐性基因的两个突变副本,这种胚胎可能在发育早期死亡。像这样的胚胎致死变异将影响纯合子(homozygotes)转变为杂合子的概率,但同时也会减少每窝幼鼠的平均数量。
然而,纳多和詹尼弗培育的幼鼠都有标准的产仔数量,他们并未发现受精之后早期夭折的老鼠胚胎。
纳多推断称,或许问题在于精子,而不是卵子。
因此,他进行了新的实验,将具有突变和没有突变的雄鼠与健康无突变雌鼠进行交配,发现两种情况下雄鼠的受精情况没有什么差异,如果突变影响了精子的形成,那么它们就变得非常明显。逐步地,纳多和研究小组排除了导致后代基因不稳定性的每一种可能性,除了一种:在受精过程中,卵子和精子对突变基因具有偏向性选择。
纳多认为,一些人应当观察到这一点。因此他搜寻了大量科学文献。虽然他可以发现许多无法解释后代受精随机性比率的实例,但是没有一个实例是以追溯基因偏向型受精作为答案。
纳多说:“我不认为我们仍不清楚卵子受精随机性的普遍性,以及它们如何经常会出现。每个人仅是将其解释为胚胎致死,因为我们所看到和探寻的都是基于我们已掌握的知识。”
纳多的一个研究实例来自于加拿大阿尔伯塔大学癌症研究员罗斯琳·戈德布特(Roseline Godbout)的实验数据,罗斯琳研究了眼癌形成过程中DDX1蛋白质起到的作用,眼癌是一种较高遗传性的幼年期癌症。
体内缺少一个DDX1基因功能副本的老鼠看上去正常健康,当戈德布特和奥地利马克斯F。
佩鲁茨实验室博士后研究员德文·热尔曼(Devon Germain)培育了雄性和雌性杂合子,他们发现没有后代缺少DDX1副本,然而根据简单的孟德尔法则应当具有25%缺少DDX1副本的概率。
考虑到基因对于DNA复制的重要性,这项结果并不令人吃惊:没有DDX1蛋白质的纯合子后代胚胎很容易死亡。罗斯琳和热尔曼还发现,两个DDX1蛋白质副本的纯合子后代出现概率远低于预期。一系列复杂的交配实验使科学家提议称,在他们的实验中,源自罕见突变的研究结果与DDX1基因密切相关。
纳多对此并不信服,他问询罗斯琳是如何在实验室验证没有DDX1基因纯合子将在胚胎期死亡,但是罗斯琳并未提出相关验证证据。同时,纳多还问询了是否他们考虑过基因偏向型受精,在该情况下卵子更倾向于具有逆向DDX1基因型精子进行融合。
热尔曼回忆称,我们真的认为这仅是一种奇怪的遗传模式,我们并未考虑过随机受精。后来热尔曼突发奇想,决定重新评估他实验中的所有原始数据,当他查看数据时,想起了纳多电子邮件中提示的问题,随后对该问题涉及的数据进行分析,发现基因偏向型受精可能是“最靠谱的解释”。
纳多说:“我们被我们的偏见所蒙蔽,这是一种以不同思考方式,分析受精过程中的不同影响。”乔治·华盛顿大学进化生物学家莫莉·马尼尔等其他科学家表示,纳多的假设非常有趣,并且貌似合理,但是没有人有任何证据表明这是如何发生的。纳多对此观点表示同意,他说:“在受精过程中,雌性会有既得利益,存在维生素B的新陈代谢,例如:叶酸,它是精子和卵子形成的重要信息分子。我们实验表明,这些分子在受精过程中发挥了巨大作用,并且某些信息基因的异常可能会改变精子和卵子之间的相互吸引。”
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有许多研究都出现了后代随机性比例的问题,然而出于偏见,在纳多之前的科学家居然都忽略了这一点。真是再次让人深深感受到偏见的危害有多大,有多么难以避免。还好科学依旧在进步,我们离真相又近了一步。
补充:不过显然卵子并不能筛掉所有存在基因缺陷的精子,不然就不会有遗传病了。这其中的机制很复杂,还有待于进一步研究。 |