干細胞+基因編輯=哺乳動物同性繁殖

  中國科學(xué)院的研究人員培育出了有兩個媽媽的健康小鼠（小鼠可以擁有自己的正常后代），同時，有兩個爸爸的小鼠也出生了，但只存活了幾天，研究發(fā)表在10月11日的《Cell Stem Cell》。同性動物產(chǎn)生后代如此具有挑戰(zhàn)性，這項研究指出，利用干細胞和有針對性的基因編輯可以克服這些障礙。

 “我們對哺乳動物為什么只能進行有性繁殖問題很感興趣，過去的結(jié)合生殖和再生研究已經(jīng)取得了一些發(fā)現(xiàn)，所以，我們試圖找出帶有基因缺陷的單倍體胚胎干細胞是否能生產(chǎn)出更多具有兩個雌性親代，甚至兩個雄性親代的正常小鼠，”文章共同通訊作者周琪研究員說。

 一些爬行動物、兩棲動物和魚類的同性親本可以繁殖，但是，哺乳動物即使借助體外受精技術(shù)也很難做到這一點，這仍然是一種挑戰(zhàn)。

 在哺乳動物中，由于某些母系或父系基因在生殖細胞發(fā)育過程中被一種叫做“基因組印跡（genomic imprinting）”的機制切斷，所以后代未同時從母系和父系接收遺傳物質(zhì)的，就可能經(jīng)歷發(fā)育異?；驘o法存活。

 通過刪除未成熟卵中這些印跡基因，之前報道，研究人員已經(jīng)培育出了有兩個媽媽的雙母小鼠（bimaternal mice）?！叭欢?，這些小鼠仍然顯示出缺陷特征，而且方法本身也非常不實際并且難用，”周研究員說。

 為了生產(chǎn)健康的雙母小鼠，周研究員和共同通訊作者李偉研究員、胡寶洋研究員和同事們使用單倍體胚胎干細胞（ESCs），這種細胞只含有一半正常數(shù)目的染色體，其DNA僅來自一個親本。研究人員認為這是新研究取得成功的關(guān)鍵。他們通過刪除一只母鼠ESCs的基因組的三個印跡區(qū)域，然后將細胞注射入另一只母鼠卵子中，210個胚胎，最終成活29只小鼠，這些小鼠都活到成年并有了自己的健康小鼠后代。

 單倍體ESCs的一個優(yōu)點是，在有問題的基因被敲除之前，它們也較少包含最終導(dǎo)致母系或父系特異性印跡編程的基因表達?！拔覀冊谶@項研究中發(fā)現(xiàn)，單倍體ESCs更類似原始生殖細胞，即卵子和精子的前體，基因組印跡在這些細胞中被擦除了，”胡研究員說。

 雙父小鼠的操作程序是類似的，但是更為復(fù)雜。僅含父本DNA的單倍體胚胎干細胞被刪除了7個關(guān)鍵印跡區(qū)域，編輯后的單倍體ESCs與另一只雄性小鼠的精子混合后注射到一個去核卵細胞中（雌性遺傳物質(zhì)也被一并去除），這就形成了只含有兩個父親基因組DNA的胚胎，這些胚胎連同胎盤材料被轉(zhuǎn)移到代孕母鼠體內(nèi)，最終產(chǎn)生了12只足月的活后代。

 雙父幼鼠出生后只存活了48小時，研究人員正計劃改進操作過程，以便雙父小鼠能夠活到成年。

 事實上，早在2011年已經(jīng)取得了類似結(jié)果，這種方法是依靠由第一個父親的干細胞直接生產(chǎn)雌性中間體與第二個父親交配，雖然該方法避開了基因組印跡問題，但如果將其用于人類，則存在倫理和實踐障礙。

 李研究員指出，他們的新方法在其他哺乳動物上仍存在障礙，包括需要識別每個物種特有的（需被刪除的）印跡基因，以及后代是否能夠存活或經(jīng)歷嚴重異常等情況。但是他們希望有機會在其他動物身上探索這些技術(shù)。

 “這項研究是一個前瞻性的可能性探討，”他說。“我們看到，雙母小鼠的缺陷可被消除，雙親生殖障礙的哺乳動物可以經(jīng)受印跡修飾。我們還揭示了一些阻礙同性父/母小鼠發(fā)育的重要印跡區(qū)，這些區(qū)域?qū)ρ芯炕蚪M印跡和動物克隆也很有趣。”