生男还是生女不再难,日本科学家开发新技术,轻松分离XY精子

编辑:薄荷绿℡ 2019-08-30 19:52:39
生男还是生女不再难,日本科学家开发新技术,轻松分离XY精子 2019-08-21 22:10:46 生物世界

人类体细胞具有46条染色体,其中44条(22对)为常染色体,另两条在性发育中起决定性作用,称为性染色体(sex chromosome)。目前已知人类有X和Y两种性染色体。女性的两条性染色体,大小与形态也完全相同,称X染色体。男性的一条与X相同,另一条则小得多,称Y染色体。

人类的性别决定方式为XX-XY型,在精子发育过程中(精子发生),X和Y染色体被分离到不同的细胞中,因此单个的精子将携带一个X染色体或另一个Y染色体。受精时,X型精子与卵子结合,将来发育成为女性;而Y型精子与卵子结合则发育成为男性。所以人类的性别是由精子决定的。在自然状态下,不同的精子与卵子的结合是随机的,因此人类的男女性别比例大致保持1:1。

与携带极少基因的Y染色体不同,X染色体携带的基因很多,其中一些在成熟的精子中保持活跃。X型和Y型精子之间基因表达的差异为区分两者提供了理论基础。

2019年8月13日,日本广岛大学的Masayuki Shimada 教授研究团队在PLOS Biology杂志发表了题为:Activation of Toll-like receptor 7/8 encoded by the X chromosome alters sperm motility and provides a novel simple technology for sexing sperm 的研究论文。

该研究开发了一种简单的,可逆的化学处理技术,可以将X型精子与Y型精子分开,从而可以显着改变正常的1:1 的雄性/雌性后代比例。该研究在小鼠中进行,但该技术也可能广泛适用于其他哺乳动物,包括人类。

在小鼠中,Y染色体编码的基因少于700个,而X染色体编码的基因超过3,000个。虽然精子中的整体基因表达水平低于体细胞,但在圆形精子细胞中,转录被选择性地激活。

研究人员发现, 近500个基因仅在携带X的精子中有活性,其中18个基因编码受体。研究人员推测X染色体可能通过调节特定基因的表达在精子中发挥功能差异,而这些差异通常在受精过程中被掩盖。

在这项研究中,研究人员发现编码X染色体的Toll样受体7/8(TLR7 / 8)由睾丸中大约50%的圆形精子细胞和大约50%的附睾精子表达。特别是,TLR7定位于尾部,TLR8定位于中段。TLR7/8配体活化在不改变精子活力和顶体形成的情况下,选择性地抑制了含X染色体精子(X精子)的迁移,而不影响y精子的迁移。

精子活力的差异使Y型精子与X型精子分离成为可能。采用配体选择的高迁移率精子体外受精后,90%的胚胎为XY雄性。同样,在胚胎移植后获得的幼崽中有83%是XY雄性。相反,TLR7 / 8激活的慢速移动精子产生的胚胎和幼崽是81%XX雌性。

因此,该研究揭示了Y型精子和X型精子运动之间的功能差异,并且与不同的基因表达模式有关,特别是X型精子上的TLR7 / 8。研究人员发现,这种效应是由于精子内的能量产生受损,并且可以通过从培养基中去除化学物质来逆转。

尽管还有其他方法可用于分离X和Y型精子,但那些方法既麻烦又昂贵,并且有损坏精子DNA的风险。

该研究开发的技术有可能大大简化体外受精或人工授精的性别选择。这些技术广泛用于农业动物育种领域以及人类辅助生殖。

Shimada 表示:两种性染色体对受体基因的差异表达为分离X和Y精子的新方法奠定了基础,我们已经成功地通过这种方法选择性地生产雄性或雌性的牛和猪。

尽管如此,在人类生殖技术中使用这种方法目前还只是一种推测,涉及到不受这种新技术效用影响的重大伦理问题。

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