精子基因組揭示的生命奧秘
科學之謎
作者：王曉冰
正常男性一次排精量為1～5毫升，每毫升裏含有生命種子——精子2000萬～6000萬個，所以世界衛生組織把一次排精的正常精子應超過2000萬/毫升視為正常男性的一個重要標準。
但是，現在男性的精子數量和質量都在下降，精子的基因也會發生缺陷，這一切是如何發生的呢？精子基因組測序和其他一些新的研究揭開了精子的一些奧秘。
91個精子基因組的故事
今天，研究人員廣泛認為，精子基因組蘊藏著精子所有奧秘，因此，對精子的全基因組測序正成為一個重要的研究課題。
2012年7月美國斯坦福大學的史蒂芬·誇克等人公布了他們對一名40歲美國男子的91個精子全基因組測序的結果。雖然這名男子的精子是正常的，但是在比較了這名男性的精子基因組序列後，研究人員還是發現了精子的基因組中有一些地方發生了重組，並且在這名男子的每個精子的基因組中鑒定出25～36個新的單核苷酸（基因）突變。不過，令人驚奇的是，這些基因突變在這名男性的二倍體細胞基因組中並不存在。
單倍體、二倍體或多倍體是指細胞中有幾套染色體。單倍體就是細胞內隻有一套染色體；二倍體則是有兩套染色體，多倍體則是有三套或者更多套染色體。由於人的細胞染色體數目是23個，所以單倍體就指有23條染色體，二倍體就是有23對染色體。
由於鑒定出了精子中基因突變，也意味著每名男性的精子都會有一些隨機突變，這種突變既是遺傳變異的一種方式，又決定了精子是否強壯和是否有競爭力，以及男性是否有生育
力。如果一些隨機突變是在基因組特定位點發生的，那麼這些突變就可能產生幾種有害後果，其一是這些精子無法獲得卵子的青睞，因而難以孕育生命；其二，即便這些有突變的精子能與卵子結合，它們孕育的後代也會是畸形或產生遺傳疾病，對新生命未來的成長帶來不利，可能影響智商。
精子的基因突變又是由精子的生成和變化特性決定的。在男性睾丸的生精管內生成的最初的生命種子是精原細胞，也是一種二倍體細胞，即有23對染色體，所以精原細胞的染色體數目與一般的體細胞染色體一樣同為23對。此後，精原細胞經過發育形成初級精母細胞，初級精母細胞經過第一次減數分裂形成次級精母細胞，次級精母細胞經過第二次減數分裂形成精細胞。精細胞經過變形最終形成精子。所以，精子中的染色體都是單倍體。
初級精母細胞在減數分裂中隻分配23條染色體到精子細胞中（女性是卵母細胞隻分配23條染色體到卵子中），在這個過程產生基因組（染色體）的重組，因而可能造成基因在重組時跳躍、變序，從而產生突變。而且，由於每個精子經曆多次重組，就使得精子可能有更多的突變。這種情況也隨機決定了精子是否正常，是否強壯和具有競爭力。
此後，單倍體的精子要與卵子結合後產生受精卵才會發育成新生命，而新生命中的細胞才會再次擁有全套二倍體染色體。
99個精子基因組的啟示
當然，現在研究人員還不能詳細解釋精母細胞在減數分裂時會發生哪些隨機突變以及突變是怎樣發生的，但是另一項對一名亞洲男性99個精子全基因組的測序和分析讓人們獲得了更多關於精子的信息，其中就包括精子的基因突變是如何產生的一些線索。
中國北京大學的李瑞強研究小組和美國哈佛大學的謝曉亮研究小組等合作，對一名亞洲男性的99個精子進行了單細胞全基因組DNA擴增，並且利用一種二代測序技術——高通量測序技術對每個精子分別進行了一倍深度的測序，發現初級精母細胞減數分裂時發生的基因片段交叉重組的重組率和重組發生的位置是造成精子基因突變的重要原因。