是谁打开了精子的基因组？

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一个婴儿的诞生始于一个精子进入一个卵子，在受精完成之后，胚胎得以发育，最后婴儿出生。这似乎是一个我们从初中的生物课堂上就掌握了的过程，然而，当你进一步思考，母本的那一半基因组是如何与父本的基因组融合形成一个新的人类基因组时，会发现问题并没有那么简单。

事实证明，一直以来，科学家对于受精过程中的这些短暂却又关键的初始阶段，了解得并不详尽。

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要探讨这一过程，我们可以从精子形成开始说起。我们知道，精子是一类非常小的细胞，它比人体正常细胞小20倍。当然，它所携带的遗传物质也只有普通细胞的一半，但尽管如此，它仍然需要以一种特殊的方式进行折叠和打包，才能适应精子的大小。

一直以来，科学家已知在精子发生过程（即精子的形成过程）中，会经历一个组蛋白逐渐被一种名为”精蛋白”的蛋白质取代的过程，这些精蛋白是一类缠绕在DNA周围的蛋白质，就像项链上的珠子一样。这个逐步取代过程非常关键，它可以将基因组的体积压缩10-20倍，从而将父本基因“压实”在精子头部。

当精子与卵子相遇之后，就需要之前提到的“压实”打包过程发生逆转，让精子里的基因组与母本基因组结合并重组。可以说，对于亲本基因组的重新编排以及随后的激活来说，这一逆转过程是至关重要的。然而，科学家对于是什么启动以及调控了这一基本过程的细节知之甚少。

终于，在近期的《细胞》杂志上，来自加州大学圣地亚哥分校的生物学家与合作者发表了一篇新的论文，描述了他们识别出了一种在生命之初扮演着“发起人”角色的酶。这种酶名为

○ 在精子与卵子受精后，SPRK1酶立即启动解开精子基因组的第一步，剔除精蛋白，从而打开了父本DNA，让父本与母本的DNA进行重组。| 图片来源: Lan-Tao Gou

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论文的通讯作者是细胞和分子医学系的教授Xiang-Dong Fu，在一篇采访中，他介绍了这项研究的一些背景。他表示一开始，他们只是单纯地感兴趣于了解生命起源的基本问题，但在这个过程中，他们发现了一个可能会造成生育障碍、使得受孕困难的步骤。通过研究这一步骤，他们了解到了SPRK1在这个过程中所起到的作用。

其实，这并不是Fu教授对SPRK1的首次研究，他的团队对SPRK1已有很长的研究历史，但他们研究SPRK1的原因是出于SPRK1剪切RNA的能力，这是将基因翻译成蛋白质的重要一步。之前他们发现，SPRK1在结肠癌中被过度激活，因此开发了抑制这种酶的抑制剂。

早在1999年，Fu就曾发表过一篇论文，首次描述了SPRK1在RNA剪切中可以起到的作用。之后不久，希腊的一个研究小组发现，构成了SPRK1基质的氨基酸构件单元的序列，与构成了精蛋白的氨基酸构件单元序列之间具有相似性。Fu教授对这个信息思考了很多年，但一直以来，他缺乏可以研究精子发育的专业知识和工具。

直到2015年，Fu开始与在精子发生方面具有一定经验的生物学家Lan-Tao Gou博士一起合作。他们借用了研究所需的设备，利用Fu的理论，发现之前所描述的剪切激酶SRPK1，可以通过磷酸化精蛋白，来启动父本基因组的重新编程，从而在受精卵中诱发精蛋白-组蛋白互换的过程。这一发现惊喜地证实了Fu的假设——一旦精子和卵子相遇，SRPK1就会用组蛋白替换精蛋白。

Fu表示，SPRK1很可能在胚胎发生的早期就开始扮演这一角色，然后进化出了剪接RNA的能力。如此一来，拥有剪接RNA能力的SPRK1可以即使在胚胎发育不再需要它的时候，仍能存活下来。

研究人员表示，接下来，他们想要一一确定指导了精子与母本基因组同步的信号。Fu表示，现在他们有了很多新的想法，并表示：“我们对精子发生、受精和胚胎形成过程中的每一步了解得越透彻，我们就越有可能在生殖系统出现故障时对有生殖问题的夫妻进行干预。”

https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/how-sperm-unpack-dads-genome-so-it-can-merge-with-moms

https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.020

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