你能相信现在只有一个卵细胞能“生”出健康的老鼠吗！

科学家现在使用一些特殊的方法从单个卵细胞中培育出健康的小鼠。

出生的老鼠不仅能活到成年，而且还有自己的后代。

△成年小鼠及其健康后代

这种现象被称为单性生殖，这在哺乳动物中还没有真正实现。

单性生殖在爬行动物或一些鱼类、昆虫和鸟类中很常见。尽管哺乳动物之前已经通过两个卵子实现了同性生殖，但单个细胞并没有成功。

这项最新研究由上海交通大学医学院附属济仁医院完成，发表于《美国国家科学院院刊》（PNAs）。

让我们看看科学家是如何取得这一突破的。

利用基因编辑模拟施肥过程

事实上，单性生殖在自然界并不罕见，但在哺乳动物中却很难实现。

这是因为生物细胞中的一些印记基因会使细胞中的一个等位基因表达，而另一个不表达（通常，它们都应该表达）。

换句话说，我们中学生物学中的孟德尔遗传定律不适用于印记基因，因为印记基因可能会迫使男性和女性DNA在结合时表达其中一个基因。

这一过程对哺乳动物胎儿的生长至关重要：

印迹基因在哺乳动物胎儿的生长和行为发育中起着重要作用。异常表达可能导致个体疾病，如过度生长、生长迟缓、智力损伤、行为异常等。

因此，为了让哺乳动物通过单个卵细胞生长和存活，有必要通过基因编辑在卵细胞上模拟受精卵。

具体原理是使用甲基化酶和去甲基化酶在DNA中表达某些基因，并沉默其他基因。

这是因为基因甲基化可以影响转录过程并使基因沉默。

如果这些基因的甲基化或去甲基化能够完成，卵细胞可以模拟接受精子后的正常受精状态。

通过进一步的研究，科学家们确定了七个需要表达或沉默的基因，包括两个父系基因组印记和五个母系基因组印记。

其中，父系基因组印记H19和Gtl2的表达会抑制代谢活动，不会产生蛋白质，因此胚胎无法正常发育。

因此，研究团队使用CRISPR-Jet-Li通过Dnmt3a甲基化酶对这两个基因的控制区域进行甲基化。

如果五个母体基因组印记控制区IGF2R、SNRPN、kcnq1ot1、Nespas和PEG10不表达，胚胎将死亡或严重影响其发育。

因此，研究人员使用crispr-dcpf1通过Tet1去甲基酶将这五个基因的控制区域去甲基化。

当然，这些仍然是理论。如果这些基因的甲基化或去甲基化能够完成，卵细胞可以模拟接受精子后的正常受精状态。

具体的实验结果是什么？

后代身体状况正常，可以繁殖

在实验中，研究人员按照上述方法构建了389个孤雌胚胎。

人工激活后，其中227个为可培养的重组卵母细胞。

在体外培养后，192个卵母细胞可以正常发育到囊胚阶段，即囊胚。然后将这些囊胚转移到14只雌性小鼠体内。

最终，共产党产下了三只幼崽，其中两只体重不足，表现出发育迟缓的迹象，并在出生后24小时内死亡。

剩下的幼崽体重正常，成功成长为成年，可以正常繁殖，其体内的原发性印记障碍不会遗传给下一代。

然而，“幸运儿”在发育过程中也表现出生长迟缓的迹象，他的体重比对照组低19.8%。

研究人员发现小鼠的rasgrf1基因表达水平较低。

为了验证生长迟缓是否与该基因的表达有关，研究人员对rasgrf1进行了额外的甲基化编辑。

为此，他们培育了155个新的单性生殖胚胎，并最终获得了两个小鼠后代。

结果表明，两种小鼠的rasgrf1基因表达正常，体重与普通小鼠相同。

换句话说，rasgrf1基因的表达确实会影响孤雌生殖小鼠后代的生长发育。

总之，这些实验数据可以表明，哺乳动物可以通过适当的多ICR表观遗传调控实现孤雌生殖。

这一结论也符合父母冲突假说，即雄性和雌性父母之间的基因组印记平衡对哺乳动物的发育非常重要。

至于为什么这种单性生殖方法只能产生很少的后代，研究人员给出了两种观点。

首先，可能没有那么多胚胎可以成功编辑基因；

其次，它可能遗漏了其他重要的基因座，例如Grb10基因，该基因也被发现参与生殖过程。

在实际应用层面，本研究为生殖育种和遗传病研究开辟了道路。

目前，科学家正在探索基因编辑方法来治疗由单一基因调节的遗传性疾病，如囊性纤维化、血友病和镰状细胞病。

癌症、心脏病和艾滋病毒的治疗和预防也有希望。

这项研究也引起了互联网上的热烈讨论。在对研究结果感到震惊的同时，人们开始怀疑它在未来将在哪些领域发挥巨大作用。

目前尚不清楚这项研究对农业和医药有多大帮助。

如果你能，我不知道你是否能实现两个单倍体玉米的育种。

与之前的研究有什么不同？

事实上，科学家长期以来一直试图利用孤雌生殖来培育哺乳动物后代。

例如，2018年，中国科学院发表了一项关于细胞干细胞的研究，该研究还允许小鼠在不依赖受精的情况下完成繁殖。

由此产生的后代可以正常生长。

然而，与最近的研究不同，中国科学院的工作使用了两个卵子，即亲代繁殖。

这个原理仍然使用基因印记。

在实验中，研究人员去除了遗传印记，以使母体特异性基因在卵母细胞中正常表达。

这一过程可视为一种“性别转变”，即模仿精子的行为。

然后，将转化的卵母细胞与另一只雌性小鼠的卵母细胞结合，以诱导胚胎发育和成熟。

最后，在研究人员培育的210个胚胎中，有29只小鼠出生。它们在发育、行为和代谢方面与普通小鼠没有区别，7只小鼠正常繁殖后代。

如此高的成功率是因为中国科学院的团队发现单倍体胚胎干细胞的基因组印记较少，并且潜在的影响更容易消除。

使用crispr-cas9，研究人员总共删除了三个基因印记，H19、Ig和rasgrf1。

这也解决了日本科学家首次实现单性生殖时小鼠繁殖率低、生长发育不良的问题。

△中国科学院团队培育的双胞胎母鼠及其后代

此外，中国科学院的科学家也试图复制孤雄。

使用类似的方法，研究人员删除了雄性小鼠单倍体干细胞中的七个印迹区域。

然后他们将干细胞与另一个精子结合，并将其注射到去核的卵子中，这样后代的基因就完全来自两个“父亲”。

实验最终得到了12只NicholasTse繁殖小鼠。虽然它们出生后可以自主呼吸，但只存活了两天。

团队介绍

通讯作者魏延昌，上海交通大学附属仁济医院副研究员。

他主要从事哺乳动物繁殖和发育的研究。

他在博士期间参与了中国第一批成体细胞克隆猪和绿色荧光蛋白转基因猪。

先前发表在PNAS上的研究发现，父亲的糖尿病前期可以通过男性生殖细胞的表观遗传学变化传递给后代，揭示了后天性状遗传的关键分子机制。

论文地址：https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2115248119

参考链接：https://m.thepaper.cn/yidian_promDetail.jsp?contid=2524368&from=yidian

© 本文系原创，著作权归：芦虎导航官网。如需转载，请署名并注明出处：https://www.luhu.co/article/000000000016756.shtml