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特殊蛋白助精卵“相逢”

图片说明:精子卵子一相逢,便胜却人间无数。
(图片来源:Getty)
 
男孩遇见女孩,精子遇见卵子。这个动人的爱情故事就这么世世代代继续下去。美国和英国的科学家近日朝着理解这个故事的高潮部分又迈进了一步,即精子和卵子怎样进行融合产生全新的个体。他们发现了一种与多种物种的精子和卵子融合有关的蛋白。相关论文即将发表在《基因与发育》(Genes & Development)上。
 
一般来说,受精主要分为两个阶段。第一个阶段,精子识别出卵子并附着在其果冻样的外衣上,“剥”去其中的一部分使其露出一部分细胞膜。第二阶段,精子和卵子的细胞膜紧紧粘附在一起,之后就是DNA的混合。
 
这个过程极为重要,但是一直以来科学家对于控制受精的分子所知不多。其中一个障碍在于,各种物种控制精子和卵子识别和粘附的蛋白是特有的。这种独特性防止了物种间的意外授精。科学家认为这些识别蛋白的快速进化在新物种的形成过程中扮演了重要的角色。
 
在最新的研究中,由美国德州大学西南医学中心William Snell和英国帝国理工学院Oliver Billker领导的研究小组详细观测了一种绿色单细胞藻类(Chlamydomonas reinhardtii)的受精过程。他们发现一种名为HAP2基因的变异能够组织膜融合,但是早期的识别与粘附阶段并不受其影响。
 
早前已知HAP2与植物的受精有关。当研究人员在基因数据库中巡检HAP2时,他们惊讶地发现多种物种中都存在HAP2。包括单细胞寄生虫(如疟疾)、昆虫、简单动物(如海葵)、领鞭虫(choanoflagellates,与多细胞生物最为接近的单细胞生物)等。Billker表示,“最初的动物很可能具有这个基因。”然而遗憾的是,科学家尚未在包括人类在内的哺乳动物体内发现这一基因。
 
那么为什么HAP2在不同物种间具如此共同性,而与精子卵子相互识别有关的蛋白却如此独特?Snell认为,一个可能的解释是,这种机制帮助有机体解决了两个相互矛盾的进化需求——一边需要维持膜融合的工作机制,一边需要进化出具物种特异性的精子卵子交互作用。
 
此次发现不仅加深了对于受精作用的理解,而且还开启了一种可能的对付疟疾等寄生虫疾病的途径。即将HAP2作为标靶,使用药物或疫苗阻止寄生虫生殖细胞相互融合,达到阻止它们复制的目的。不过研究人员表示,现在还难以确定这种方式是否能够奏效。
 
美国约翰霍普金斯大学公共卫生学院的授精生物学家Janice Evans认为,HAP2出现在如此众多的物种中是惊人的。她说:“这一基因在地球上的生命体内存在如此之久,这一事实促使你不得不思考它可能行使着重要的功能。”另外,HAP2还有助于研究膜生物学,Evans说:“这一研究为考虑膜融合的机制打下了基础。”
责任编辑:Mark
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    摘要
    男孩遇见女孩,精子遇见卵子。这个动人的爱情故事就这么世世代代继续下去。美国和英国的科学家近日朝着理解这个故事的高潮部分又迈进了一步,即精子和卵子怎样进行融合产生全新的个体。他们发现了一种与多种物种的精子和卵子融合有关的蛋白。相关论文即将发表在《基因与发育》(Genes & Development)上。
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