兩性生物都需要精子和卵子結合才能繁衍，這是生命發展壯大的一條自然法則，雄性生物產生精子，雌性生物產生卵子，精子與卵子為遺傳物質的傳遞提供了載體，兩種生殖細胞結合併孕育，新的生物就形成了。那麼精子和卵子這種生殖細胞是怎樣形成的？其實科學家還有不少謎題沒有搞明白！不過在8月12日，我國科學家在國際權威學術期刊《科學》上發表重磅論文，宣稱破解了精子形成的關鍵謎題。
精子是怎樣形成的呢？以人類精子的形成為例，一個精子的形成過程大約需要2~3個月的時間，主要過程是在睪丸曲細精管內進行的，最開始是精原細胞增殖分裂期，精原細胞是產生精子的幹細胞，它會不斷地分裂增殖，1個分裂為2個，2個變成4個，這種情況也可以稱為精原細胞的複製，通常1個精原細胞增殖為64個，細胞核內的染色體也會同時複製，增殖成的細胞稱為初級精母細胞，但它還會繼續分裂，1個初級精母細胞分裂為2個次級精母細胞，但是這個時候的分裂症子就與精原細胞的分裂增殖不一樣了，因為其染色體並沒有像以前一樣複製，還是將染色體進行了對半分裂，這樣生成的次級精母細胞也就只攜帶了原來染色體數目的一半，人類體細胞攜帶的23對染色體在次精母細胞中也就變成了23條染色體，其中包括一條性染色體，它是決定性別的關鍵基因。
次級精母細胞仍然會進行分裂增殖，1個分成2個，但分裂增殖後就是初級的精子細胞，它攜帶的染色體數量也是23條染色體，這樣形成的每個精子細胞都可以和卵細胞結合成受精卵，卵細胞中含有的也是23條染色體，攜帶了母體的一半基因，兩者結合成完整的染色體，攜帶形成新的個體的基因。
剛形成的精子細胞還會經歷一個發育階段，漸漸長成蝌蚪的模樣，成熟的精子細胞攜帶有雄性生物的遺傳基因，可以通過尾部的旋轉擺動向著一個方向前進，如果它被排除後遇到卵細胞，就會結合形成受精卵。
沒想到精子的形成過程這麼複雜吧？但這個過程科學家們已經了解得很清楚了，但是其中一些具體的環節以及什麼原因促成了其中的每一個過程，科學家們還不清楚。
這次我國科學家發表的論文是通過研究小白鼠的精子細胞生成過程，發現了RNA結合蛋白FXR1可通過液-液相分離激活小鼠後期精子細胞中mRNA的翻譯，從而保障了小鼠的精子形成過程的正常進行。
該成果是由我國中科院分子細胞科學卓越創新中心與上海交通大學醫學院附屬新華醫院及國內外多家實驗室合作研究的，研究團隊發現小鼠精原細胞中一個RNA結合蛋白FXR1在小鼠睪丸中有特異性高表達，並且大量出現在後期精子細胞的蛋白質翻譯機器中。而如果在生殖細胞中敲除Fxr1基因，小鼠睪丸中與FXR1結合的mRNA翻譯活性則會降低、蛋白表達明顯減少，而小鼠則表現為無精、雄性不育，這說明Fxr1基因對小鼠的精子細胞的形成至關重要。
研究者們還通過進一步研究發現，精子細胞中FXR1與多個翻譯相關因子存在著相互作用，並在體內形成一種動態且可招募大量mRNA的液滴結構，一般認為這類液滴結構通常是蛋白質或核酸等某些生物大分子在細胞內達到一定濃度後形成的獨立於周圍環境的無膜亞細胞器結構，它可以執行液液相分離的特定生化反應，研究者認為這種生物學過程普遍存在於真核生物細胞中，並且通過體外實驗證明了FXR1具有顯著的液液相分離能力。
同時這也說明FXR1很可能會通過液液相分離形成上述液滴結構，進而參與mRNA的翻譯和激活過程。之後研究者們開始驗證這一猜想，在體外培養細胞和體內精子細胞中分別測試了FXR1的液滴形成能力與mRNA翻譯活性的關係。結果顯示破壞FXR1的液滴形成能力會導致mRNA翻譯活性降低，後又利用CRISPR-Cas9結合半克隆技術將小鼠生殖細胞中的FXR1突變為無法形成液滴的FXR1變體，結果該小鼠生精細胞中mRNA的翻譯活性明顯降低了，小鼠也出現了無精與雄性不育的情況。
相關專家認為這項研究破解了精子細胞形成過程中的由FXR1液液相分離介導的mRNA翻譯激活機制下的一個關鍵謎題，說明有些特定基因可以操縱某些特定的生化反應，這一認識有助於我們進一步了解精子的複雜形成過程，而在醫學上這項研究可以為不育診斷和治療提供理論依據。
參考資料：
《紅星新聞》8月12日文章《我國科學家破解精子形成的關鍵謎題》