男性和女性因何而不同？许多人会用性染色体的差异作为答案。在大多数哺乳动物中，雌性拥有两条X染色体，而雄性有一条X染色体和一条Y染色体。作为雄性的象征，这条短小的Y染色体有着怎样的功能，一直是生物学家们深感有趣的研究课题。想要彻底回答“Y染色体有什么用”这个问题，就必须了解Y染色体上的基因。当前的研究提示，Y染色体的基因在驱使胚胎朝雄性发育、令雄性个体产生正常生殖细胞方面发挥作用。
但谁才是里面至关重要的基因？夏威夷大学的莫妮卡·沃德（Monika Ward）小组试图用一个简单直接的思路来找出答案：把Y染色体基因一个个除掉，观察它对胚胎发育和生殖的影响。
早在2013年，沃德的团队就在《科学》上发表了令人吃惊的论文结果：他们将雄性生殖所需的Y染色体基因缩到了两个——只留下Sry和Eif2s3y两个Y染色体基因的雄性小鼠，也能够产生圆形精细胞（round spermatids），并在辅助生殖技术的帮助下产生健康后代。这两个基因中，Sry负责使胎儿发育成雄性，Eif2s3y则与精子发生相关。还能不能再少？
论文发表后，这个问题在许多人脑海中萦绕——这其中，也包括沃德和她的同事们：“在那之后，很自然的下一步便在于看看能不能把这些基因也替换掉。”沃德对科学人说。
要把Y染色体上这俩基因剔掉，还想不耽误生孩子，自然就得找到别的基因来干它俩干的活。Sry基因在Y染色体上的任务之一是“唤醒”常染色体上一位名叫Sox9的同伴，使它将“让胚胎发育成雄性”的信号传达下去。“我们需要在Sry基因不存在的前提下，激活Sox9并完成性别决定。”沃德说。他们设法给Sox9基因换了个新的“唤醒者”。
“这项工作涉及大量的小鼠繁育工作。”沃德回忆说，在经过复杂的转基因小鼠繁育之后，他们最终得到了非常特别的小鼠——这些小鼠是雄性，却没有Y染色体，只有一套Eif2s3y基因被转到了X染色体上。令人惊喜的是，这样的小鼠也能产生有功能的圆形精细胞（精子的前体细胞）。在圆形精细胞注射技术（ROSI）的帮助下，研究者成功让这些没有Y染色体的小鼠也当上了鼠爸爸。
沃德团队只能仔细摸索增加多少Eif2s3x才能抵上Eif2s3y的效果。“为了完成减数分裂，我们需要五倍表达量的Eif2s3x。”沃德说。进行大量的实验后，他们最终也得到了Y染色体基因中仅有Sry在发挥作用的雄性小鼠，并让它们同样可以在研究者帮助下繁育健康后代——至此，除掉Eif2s3y，也行得通了。
最后，沃德团队尝试将Y染色体基因全体“扫地出门”。“我们进行了‘双重置换’，构建出了第一批完全没有任何Y染色体基因的雄性小鼠。”沃德说。然而，48只这样的雄性小鼠中，有35只的睾丸都有缺陷，不能产生生殖细胞。所幸，剩下的13只雄性小鼠令人眼前一亮——“当我们第一次在这些雄性小鼠的睾丸中发现圆形精细胞时，整个实验室都兴奋坏了！”沃德告诉科学人。
至此，沃德的研究结果强有力地表明，就算把小鼠的Y染色体整个“干掉”，也能设法繁育雄性小鼠，使之产生有活性的精细胞并完成生殖。这一振奋人心的成果，近日被发表在《科学》杂志上。
沃德表示，他们对精子形成过程中X-Y染色体的相互作用很感兴趣。此前有观点认为，Y染色体基因的功能在演化中逐渐缺损，而X染色体上基因对此予以补偿。“然而我们发现在Eif2s3x-Eif2s3y这对基因中，Eif2s3y在精子形成中的作用更强。这一事实与目前的观点不符。接下来，我们重要的Y染色体基因在生殖中作用的分子机制，而Eif2s3x-Eif2s3y之间的关系将是重点之一。”
最终，沃德希望他们能将自己的转基因方法进一步扩展，并与干细胞领域的突破结合起来。“我们很有兴趣看看能不能只用雌性产生后代。这可能应用到物种保护工作中。”沃德说，“如果我们有一天发现某个物种仅剩下一只雌性，从单一个体中同时建立雄性与雌性配子的技术也许将帮助它们免于灭绝。”