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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(yīng)該是一樣的，因此后代雌雄比也會維持在1:1左右。但是，自然界并不會完全遵循1:1的規(guī)則，而現(xiàn)在日本廣島大學(xué)的科學(xué)家，也已經(jīng)找到了快速分離兩類精子的方法。通過該方法選擇精子并進(jìn)行授精后，可以讓后代90%都是雄性。
撰文丨楊心舟
從遺傳學(xué)的角度來說，男性的精原細(xì)胞會通過減數(shù)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，因此后代的性別也應(yīng)該是隨機(jī)的，雌雄比維持在1:1的比例。不過，生物界并沒有一直恪守這一準(zhǔn)則。
性別選擇并不罕見
在2013年，科學(xué)家就首次觀測到哺乳動物是可以自己選擇后代性別的。在在一項(xiàng)發(fā)表于 PLoS One 的研究中，斯坦福大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)分析了圣地亞哥動物園長達(dá)90年的動物繁育記錄，研究范圍涉及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(xiàng)研究指出，性別選擇的行為可以給哺乳動物帶來更多的后代，比如在這項(xiàng)研究中，當(dāng)祖母輩不按1:1的雌雄比生育，而產(chǎn)生更多的雄性后代時，到了孫輩，它們的后代數(shù)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(dāng)時該研究的主要作者Joseph Garner表示，想要做到這一點(diǎn)只需要控制好精子的輸送過程就行。他認(rèn)為雌性能夠調(diào)控自己的生殖道環(huán)境，從而選擇性地讓帶X染色體或者Y染色體的精子（后簡稱X精子、Y精子）加速到達(dá)輸卵管、與卵子結(jié)合。當(dāng)時的研究對動物是如何選擇精子的機(jī)制并不太清楚，不過他們推測人類也會通過外界的環(huán)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，對于人類來說，人工自行選擇胎兒性別是有違倫道德和法律的。但是對于有性別選擇遺傳疾病的家庭來說，通過正規(guī)的醫(yī)學(xué)手段提前篩選精子，無疑是規(guī)避疾病風(fēng)險(xiǎn)的重要手段（當(dāng)然，現(xiàn)在仍有國家不接受任何原因的后代性別選擇行為）?，F(xiàn)存的輔助生育技術(shù)（ARTs）、授精前的基因診斷（PGD）或者精子細(xì)胞分選，都能為臨床的性別選擇提供技術(shù)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(xué)的研究者提出，X精子與Y精子的移動性和生理特性并不完全一樣。在他們的實(shí)驗(yàn)中，通過改變?nèi)芤旱膒H值就能實(shí)現(xiàn)X精子和Y精子的分離，原因就在于Y精子對外界環(huán)境更加敏感。在酸性環(huán)境、溫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，堿性環(huán)境下X精子的移動性會大打折扣。
這暗示著，通過控制精子的移動能力就能分離兩類精子，人工選擇后代性別。當(dāng)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(qū)別在于染色體長度：Y染色體編碼的基因數(shù)量不超過700個，而X染色體則負(fù)責(zé)編碼超過3000個基因。顯然，基因在X精子和Y精子的生理學(xué)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(huán)境刺激的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子；XIAP蛋白，可以抑制細(xì)胞凋亡的蛋白；G6PDX，聯(lián)系著特殊的生化通路，這三種蛋白都是受X染色體相關(guān)的基因編碼，而Y染色體則沒有。因此X精子的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)方式和精子細(xì)胞功能必然與Y精子有很大區(qū)別。
廣島大學(xué)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(jīng)發(fā)現(xiàn)精子會特異表達(dá)Tol樣受體蛋白，并且與特定配體相結(jié)合。他曾推測，X和Y染色體會編碼不同的環(huán)境監(jiān)測蛋白，來應(yīng)對和處理不同的環(huán)境，從而影響精子的移動性。研究人員只要找出這些監(jiān)測蛋白是哪些就可以了。
為后代選擇性別
在最新發(fā)表在 PLoS biology 上的新研究中，島田把這個移動性開關(guān)鎖定在了Tol樣受體編碼基因上。為了能夠區(qū)分X精子和Y精子，他首先找到了只在X染色體上表達(dá)的500多個基因，并且挑選出了18個編碼受體的基因，這一步是為了找到靶標(biāo)，能夠通過外界添加化合物來發(fā)揮作用。
在這些候選者中，TLR7和TLR8引起了他的注意。因?yàn)檫@個家族中的TLR2和TLR4可以在人類的精子中檢測到，并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，并抑制精子獲能能力。
TLR7和TLR8只會特異地在含有X染色體的精子中表達(dá)
島田挑選了針對TLR7和TLR8的配體（R848和R837），并將它們加入了含有精子的緩沖液中。一般來說，培養(yǎng)在緩沖液中的活躍精子都會拼命地向上層游動，這也是精子移動能力的體現(xiàn)。不過，當(dāng)兩種配體添加至溶液后，上層的精子數(shù)量開始顯著減少。經(jīng)過計(jì)算機(jī)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(yàn)證經(jīng)過這種簡單處理后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，并在小鼠中進(jìn)行人工授精。與對照組未處理的精子相比，這兩批實(shí)驗(yàn)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游動型精子，那么后代90%都是雄性，而如果使用的是下層移動受限的精子，那么后代則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(jù)文獻(xiàn)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(xiàn)有的分離技術(shù)也更加安全，不會損傷精子的活性和繁殖能力?，F(xiàn)在兩種常見的授精方式，試管授精（在培養(yǎng)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(fā)揮作用。
不過，現(xiàn)在的技術(shù)研發(fā)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(dá)的基因可以讓我們更好地分離兩類精子，這對于動物和家畜的種群選擇繁衍很有意義，”但是他也指出，現(xiàn)階段還不能夠在人類生殖中使用該方法，在廣泛應(yīng)用前還有許多倫理審核工作要做。
