@ 2018.10.23 , 16:00

同性小鼠细胞成功孕育健康后代

作者:Kat Eschner

同性小鼠细胞成功孕育健康后代
Credit:HW

来自中国科学院的一组研究人员使用胚胎干细胞和基因编辑等技术,利用两个同性父辈的细胞孕育了健康的小鼠。有两个爸爸的小鼠只活了大约48个小时,但是有两个妈妈的小鼠则活到了成年期 - 并且能够通过与雄性小鼠交配来生育自己的后代。该研究给出了一个新的、复杂的结果,这是该研究领域重要的一部分,探讨了为什么我们需要两个不同性别的父母的问题。

单性生殖,或利用未受精卵细胞的繁殖,对于非哺乳动物的繁殖来说并不是一种罕见的方式。一些鱼类、昆虫,甚至科莫多巨蜥都有这种繁殖方法。但是对于哺乳动物来说,则是两个性别的父母交配、怀孕才有后代,卵子需要被精子受精。科学家们一直试图弄清楚为什么会出现这种情况,而且很多研究涉及我们最喜欢的一些测试对象:老鼠。

德克萨斯大学的遗传学家理查德·贝林格说,拥有来自两个父母的遗传信息是一个优势,因为“你在混合变异和重新配置。”所以你就更多样化。贝林格没有参与当前的研究。但缺点就是需要两种性别的生物来制造娃。

目前还没有人知道我们为什么会这样进化,但是研究已经清楚地表明,我们需要妈妈和爸爸的遗传信息才能成长。2004年,日本研究团队率先孕育了有两个妈妈的转基因小鼠,这些老鼠可以活到成年,甚至可以繁殖。他们通过改变一个名为“遗传印记”的重要过程中涉及的特定基因来完成这个过程。

“遗传印记” 是来自两只雌性小鼠(或雄性小鼠)的遗传信息不能组合以产生没有遗传改变的可存活后代的一个原因。雄性和雌性哺乳动物各自携带相同数量的染色体,这是一个需要链在一起的匹配组,以便DNA能够成功编码蛋白质。但是雄性和雌性在遗传上是不同的。成功培育婴儿所必需的一些基因在女性中为“开启”或在男性中“关闭”。这意味着你需要一半的遗传信息来自女性,另一半来自男性,所以你的早期发育阶段所需的所有印记基因都在起作用,而性别分化来得晚一些。

20世纪80年代的实验表明,雄性和雌性染色体是不对称的,这意味着你不能只使用两套雌性或雄性DNA,并成功孕育健康后代。两条染色体都具有所有遗传信息,但不同的基因根据亲本的性别而被关闭,产生了一种称为“遗传冲突”的东西。这两组都是正确开启后代所有必需基因所必需的。研究人员发现,用两个妈妈制作并且没有遗传修饰的小鼠胚胎只生长了大约10天。 “他们会存活一段时间,但还是比较短命,”贝林格说。

2004年,日本科学家使用两枚卵细胞能够获得基本健康的后代。一个是不成熟的,有两个重要的印记基因被修改为“开启”,以模拟雄性遗传。从那时起,其他研究团队,包括贝林格参与的研究团队,已经得到了他们的结果,即弄出有两个爸爸的老鼠被证明更加困难。

而这次中国研究人员尝试了另一种方法。在早期研究的基础上,他们使用遗传编辑的胚胎干细胞,只有一组染色体。他们没有关闭涉及性别特异性印记的基因,而是删除了它们 - 女性为3个,男性为7个。然后他们将这些细胞的细胞核注入卵子或精子中,最终长成一只有两个爸爸或两个妈妈的活鼠。胚胎干细胞起作用是因为它可以产生只有一半的遗传信息来制造后代,并操纵这些信息。

有两个爸爸的老鼠活着出生并且活了大约两天,而有两个妈妈的老鼠长大成熟并且生育了自己的后代。贝林格说,对男性干细胞的更多编辑可能会产生更健康的有两个爸爸的老鼠。但是依然很难确定,因为我们仍然不完全理解“遗传印记” 的过程及其影响。尽管如此,这次新研究给出了一种复杂的制作孤雌生殖小鼠的方法。“我对这项技术印象深刻,进行七次遗传操纵并非易事,就算三次也很难。”

他还说,这篇新论文强调了雄性和雌性基因组在哺乳动物繁殖中的平衡是多么微妙。这种平衡科学家仍然感觉难以操纵,但这种理解可能会对克隆和牲畜繁殖带来影响 - 也许有一天,允许同性伴侣使用双方的遗传物质生育孩子。目前用于小鼠的过程不可能用于人类。但是,贝林格说:“我确信有技术可以实现,而且应该会带来这种可能性。”

本文译自 popsci,由译者 HW 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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