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沒爸爸也行？上海交大團(tuán)隊(duì)讓鼠媽媽實(shí)現(xiàn)“單性繁殖”

發(fā)表于2022-08-19 10:49:30 305 0
　　生兒育女，需要男女結(jié)合。對(duì)于哺乳動(dòng)物來(lái)說(shuō)，這是天經(jīng)地義的事情。然而，有一群科學(xué)家卻可以打破這條“鐵律”。

　　近日，來(lái)自上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)科的魏延昌博士與同事們報(bào)告了一項(xiàng)突破性進(jìn)展：利用新技術(shù)，他們讓沒有受精的小鼠媽媽產(chǎn)下了健康且有正常生殖能力的后*，成功完成單性繁殖！

　　這項(xiàng)重磅研究，近日刊登在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

　　單性繁殖，也稱為孤雌繁殖（parthenogenesis）。這種僅靠雌性“一己之力”就可以產(chǎn)生后*的生殖方式，在整個(gè)動(dòng)物界中其實(shí)并不罕見，昆蟲、鳥類、爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物中有不少例子。

　　然而，哺乳動(dòng)物的新生命總是起始于*細(xì)胞與精細(xì)胞的結(jié)合。究其原因，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，與一種叫做“基因組印記”（genomic imprinting）的現(xiàn)象有關(guān)。這是指，由父親或母親提供的基因，有一些會(huì)被貼上“甲基化”的化學(xué)標(biāo)簽而失去活性。來(lái)自父母雙方的基因組湊在一起，產(chǎn)生互補(bǔ)，后*才能正常發(fā)育。這也就意味著，單單一方提供的遺傳物質(zhì)，因?yàn)橐恍╆P(guān)鍵基因無(wú)法正確表達(dá)，會(huì)讓胚胎發(fā)育或是產(chǎn)后的生長(zhǎng)發(fā)育受到阻礙。


　　▲基因組特定區(qū)域的甲基化修飾使一些指導(dǎo)胚胎發(fā)育的關(guān)鍵基因被關(guān)閉（圖片來(lái)源：123RF）

　　既然如此，如果能消除或改變“基因組印記”，是不是可以消除生殖方式的障礙？過(guò)去幾年里有很多科學(xué)家以不同的方式做出嘗試。比如，同樣來(lái)自中國(guó)的一支研究團(tuán)隊(duì)，曾利用干細(xì)胞技術(shù)與基因編輯技術(shù)，通過(guò)“抹除”基因組印記，培育出了雙親都是同一性別的小鼠。

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　　此次研究中，科學(xué)家們靶向甲基化差異進(jìn)行編輯，通過(guò)改寫七個(gè)關(guān)鍵的基因組印記控制區(qū)域，最終實(shí)現(xiàn)了只需要單個(gè)小鼠的*母細(xì)胞就能產(chǎn)生后*。

　　這些基因組印記控制區(qū)域通過(guò)甲基化程度的高低調(diào)節(jié)了兩組關(guān)鍵基因的打開或關(guān)閉。研究人員從雌性小鼠身上取出*母細(xì)胞后，用CRISPR基因編輯系統(tǒng)處理細(xì)胞，定位到其中一組基因的基因組印記控制區(qū)域，通過(guò)添加甲基化將其關(guān)閉；同時(shí)，定位到另一組基因，通過(guò)去甲基化將其打開。這樣一來(lái)，可以分別模擬正常受精*細(xì)胞中來(lái)自父親和母親的基因組印記，最終使未受精的*母細(xì)胞具有類似于受精*細(xì)胞的特征。

　　▲分別調(diào)節(jié)了*母細(xì)胞中一組父系基因組印記基因（左）和一組母系基因組印記基因（右）的表達(dá)（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

　　經(jīng)過(guò)編輯的*母細(xì)胞在體外發(fā)育到早期胚胎階段后，研究人員將這些單性生殖胚胎植入雌性小鼠子宮，讓它們繼續(xù)在體內(nèi)發(fā)育。研究人員們培育并移植了192例胚胎，有3只小鼠足月誕生。

　　最終，有一只單性生殖小鼠不僅順利存活到成年，而且還在成年后通過(guò)正常的生殖方式產(chǎn)下后*。

　　▲通過(guò)單性生殖誕生并存活下來(lái)的小鼠有正常的生殖能力（圖片來(lái)源：參考資料[1]；Credit：Yanchang Wei）

　　研究人員通過(guò)測(cè)序驗(yàn)證，幸存的這只小鼠所有經(jīng)過(guò)編輯的基因組印記控制區(qū)域都表現(xiàn)出了正確的甲基化模式。而出生后早夭或是未能存活下來(lái)的胚胎，七個(gè)關(guān)鍵基因組印記控制區(qū)域中未能全部編輯成功或是印記丟失。這一分析結(jié)果突顯了關(guān)鍵基因組印記控制區(qū)域在胚胎生長(zhǎng)發(fā)育中的重要性，也為進(jìn)一步提高這項(xiàng)技術(shù)的成功比例指出了方向。

　　研究人員在論文最后指出：“哺乳動(dòng)物單性生殖的成功將為農(nóng)業(yè)、研究和醫(yī)學(xué)開辟許多機(jī)會(huì)?！?br />
　　參考資料：

　　[1]Yanchang Wei et al.,(2022)Viable offspring derived from single unfertilized mammalian oocytes.PNAS https://doi.org/10.1073/pnas.2115248119

　　[2]Mammalian offspring derived from a single unfertilized egg.

　　Retrieved Mar.9,2022 from https://phys.org/news/2022-03-ma ... fertilized-egg.html

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