《Science》受精过程精子的竞争机制

　　

生物通报道，来自syracuse大学艺术与科学学院的Mollie Manier，John Belote和Scott Pitnick三位科学家首次观察到精子与卵子结合发育的全过程，相关成果文Resolving Mechanisms of Competitive Fertilization Success in Drosophila melanogaster发表在Science杂志上。

 

为了观察精子受精的全过程，科学家们首先对果蝇的镜子进行了遗传改造，改造后的精子头部或发绿色荧光或发红色荧光，其后科学家们对精子与卵子的受精全过程进行了全面细致的观察。他们的研究发现对生殖生物学、性别选择研究以及物种的形成研究具有重要的意义。

 

据通讯作者Pitnick表示，生殖生物学和进化生物学的研究很大程度上受到研究条件的限制，因为科学家们往往无法了解不同雄性精子的竞争机制，也不了解活精子在进入雌性生殖道内的运作机制。为了寻找答案，我们首先做的就是让活精子发光，通过荧光示踪技术揭秘精子的竞争机制。在自然界中，雌性往往与不止一个雄性交配，这就造成不仅同源精子间存在竞争，还存在异源精子间的竞争，而这些竞争过程中有牵涉到性别选择，性别选择关系到进化机制。

 

科学家们对进入雌性生殖道的绿色精子或是红色精子进行定量分析，通过实时定量分析观察精子的移动轨迹和最终命运。

 

精子要成功与卵子结合需经受诸多考验，首先要成功射入雌性生殖道，以免输在起跑线上，之后要与其他精子相互竞争，在这过程中最大的困难是要防止雌性生殖道将其排出体内，否则它不仅前功尽弃，而且将丢掉性命。

 

科学家们认为，生殖生物学的大门仅仅是刚刚被打开，还有很多的奥秘有待探索。这一新的思路将给生殖生物学、进化学以及性别选择学研究带来启发。

（生物通 小茜）

生物通推荐原文摘要

Resolving Mechanisms of Competitive Fertilization Success in Drosophila melanogaster

Mollie K. Manier, John M. Belote, Kirstin S. Berben, David Novikov, Will T. Stuart, Scott Pitnick*

 

Our understanding of postcopulatory sexual selection has been constrained by an inability to discriminate competing sperm of different males, coupled with challenges of directly observing live sperm inside the female reproductive tract. Real-time and spatiotemporal analyses of sperm movement, storage, and use within female Drosophila melanogaster inseminated by two transgenic males with respectively green (GFP) and red (RFP) sperm heads allowed us to unambiguously discriminate among hypothesized mechanisms underlying sperm precedence, including physical displacement and incapacitation of "resident" sperm by second males, female ejection of sperm, and biased use of competing sperm for fertilization. We find that competitive male fertilization success derives from a multivariate process involving ejaculate-female and ejaculate-ejaculate interactions, as well as complex sperm behavior in vivo.

 

Department of Biology, Syracuse University, Syracuse, NY 13244–1270, USA.

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