雪城大学文理学院生物学系和康奈尔大学的一个研究小组,在雪城大学生物学副教授史蒂夫·多鲁斯的带领下,一直在研究果蝇精子的生活史,以更好地理解雄性和雌性生殖道之间的分子连续性。换句话说,就是雄性和雌性的生殖道(female reproductive tract,FRT)如何在受精前提供支持来保持精子的存活。他们的研究结果于2022年3月7日发表在《美国国家科学院院刊》(pNAS)上,阐明了可能在不孕不育中发挥作用的重要事件,而迄今为止人们对这些事件知之甚少。

该团队包括雪城大学生殖进化中心的成员,他们研究了果蝇精子的成分变化,从它们离开睾丸后不久开始,果蝇是这类研究的强有力的模式生物,因为它们容易在实验室中培养,传代时间短,而且对它们的遗传学有充分的了解。在他们的研究中,研究小组发现,精子的蛋白质组或蛋白质组成在转移到FRT后发生了重大变化。

对于有内部受精的物种来说,精子的发育“旅程”——在使卵子受精并开始新生命的最终目的地——超越了雄性和雌性的生殖系统。离开睾丸后,精子穿过雄性的精囊,并下降通过射精管,在那里它们与精液蛋白质混合。研究小组发现,当精子迁移到FRT内的授精地点以外时,这些精子蛋白质会逐渐丢失。相反,雌性来源的蛋白质可能会帮助精子实现能量代谢等功能,但在交配后立即开始与精子结合,标志着蛋白质守卫的改变。在FRT中储存了几天后,研究小组惊奇地发现,近20%的精子蛋白质已经被雌性来源的蛋白质所取代。在交媾和受精之间的较长时期内,雌性的贡献支持精子的生存能力。这种维持精子活力的“交接”意味着精子是两性的物质产物,这可能是所有内部受精物种生殖的一个关键方面,包括人类。

通过研究精子在功能成熟的最后阶段与FRT相互作用的亲密方式,该团队的研究加深了对动物生育能力以及两性对生殖成功的贡献的理解。

Erin L. McCullough, Emma Whittington, Akanksha Singh, Scott pitnick, Mariana F. Wolfner, Steve Dorus. The life history ofDrosophilasperm involves molecular continuity between male and female reproductive tracts. proceedings of the National Academy of Sciences, 2022; 119 (11)