线虫种间杂交不亲和性始于单细胞期：精子原核扩张与极体排出缺陷的级联效应

（编辑推荐）Bloom团队揭示线虫种间杂交不兼容的核心机制：精子与卵细胞组分不匹配导致受精后原核扩张延迟和极体排出失败，进而引发细胞极性缺陷与命运决定异常。该研究为理解生殖隔离的早期分子事件提供了新范式（Caenorhabditis elegans group）。

　　

Highlights

• 杂交不兼容源于精子与卵细胞组分的分子不匹配
• 杂交胚胎中精子原核扩张和极体排出高频失败
• 原核扩张延迟导致中心体脱离和极性缺陷
• 不兼容程度与系统发育距离正相关

Summary

生殖隔离的分子机制研究在模式生物中已发现数十种案例，包括合子基因调控失调（Drosophila）、共生菌介导的不兼容（Wolbachia）、核孔蛋白（nucleoporin）错配等。本研究聚焦秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）近缘种间杂交，发现不兼容现象在受精后4细胞期前即已出现，早于合子转录起始。

关键发现

精子原核扩张异常
线虫精子提供染色质和中心体（centriole），受精后需完成原核重建。杂交胚胎中：

1. 精子染色质解聚延迟导致原核扩张受阻
2. 中心体-原核连接不稳定，50%胚胎发生中心体脱离
3. 脱离的中心体错误定位，破坏PAR蛋白（PAR-3/PAR-6）介导的极性建立

极体排出缺陷
卵母细胞减数分裂纺锤体（meiotic spindle）与精子星体（sperm aster）相互作用异常：

• 杂交胚胎极体排出失败率达67%
• 滞留的极体干扰纺锤体定向，导致非整倍体

级联效应

上述初级缺陷引发：

1. 细胞命运决定因子（SKN-1/PIE-1）空间分布紊乱
2. 卵裂球（blastomere）分裂不同步
3. 最终导致胚胎发育停滞（82%死亡发生于<50细胞期）

系统发育规律

比较7个线虫物种发现：

• 遗传距离每增加1%，杂交胚胎存活率下降23%
• 异源精子中心体微管成核效率与亲缘性相关

机制模型

提出"双轨制"不兼容路径：

1. 染色质-胞质冲突：精子组蛋白变体（H2A.Z）与卵母细胞去乙酰化酶不匹配
2. 中心体-皮质互作缺陷：微管锚定蛋白（ZYG-9/TAC-1）种系特异性变异

该研究为理解后合子隔离（postzygotic isolation）的保守机制提供了新视角，揭示早期胚胎事件在物种形成中的关键作用。