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哺乳动物孤雌生殖孤雄生殖获成功

时间:2018-10-22 08:54:03  来源:新华网 放大 缩小 默认

  日前,中国科学院动物研究所胡宝洋研究员、周琪研究员和李伟研究员带领的团队合作,对单倍体胚胎干细胞进行印记基因修饰,在对其进行复杂胚胎操作后,得到了世界上首只双父亲来源的小鼠,以及性状正常的双母亲小鼠。相关工作日前发表在国际学术期刊《细胞-干细胞》上。地球生命在千百万年的进化中,高等动物早已进化出了有性生殖这种更高级的生殖方式。那么,科学家为什么还要反其道而行之,去探索哺乳动物其他生殖方式的可能性?

  突破哺乳动物有性生殖的“枷锁”

  自然界中,简单的生命体,例如病毒和细菌,采用简单的无性生殖方式;蜜蜂和蚂蚁则采用孤雌繁殖方式——只要有蜂后或蚁后,就能保证种群的繁衍,一些低等动物,比如一些种类的蜥蜴、蛙和鱼类,也有孤雌生殖现象。哺乳动物,则进化出了更高级的有性生殖方式。而为了保证这种生殖方式在竞争中处于不败之地,大自然还给精子和卵子加了不可替换、不可逆转的“锁”——印记基因。

  哺乳动物孤雌生殖、孤雄生殖研究的主要完成人之一、中国科学院动物研究所博士后王乐韵介绍,研究组采用基因编辑技术,重新修饰了小鼠生殖细胞来源的单倍体胚胎干细胞中的印记基因,再经过一系列复杂的操作,最终分别获得了以两个雌性小鼠作为亲本(孤雌生殖)和两个雄性小鼠作为亲本(孤雄生殖)的后代。

  “孤雌生殖成功的实验以前已有报道,但当时出生的小鼠只存活了几天就死亡了。这次我们找到一个非常重要的精子印记基因Rasgrf1,在孤雌单倍体胚胎干细胞中将这个基因敲除掉,我们获得的孤雌个体基本与正常个体一样的健康小鼠。”王乐韵说,接下来,科学家们将继续关注孤雌小鼠后代的健康状况,进行持续观察和研究。

  “而孤雄生殖是首次顺利诞生,并实现了短期存活。”王乐韵介绍,孤雄生殖是一种更难实现的生殖方式,“因为相关研究还不多。”

  王乐韵介绍,孤雄小鼠的产生需要删除孤雄单倍体胚胎干细胞中7个印记区段,远多于孤雌小鼠出生所需敲除的数目。“据我们所知,这也是在小鼠中一次进行的数目最多的基因敲除操作。在此基础上,进一步改善孤雄小鼠的健康状况将具有较大的难度,但我们将持续研究下去。”

  揭开生殖奥秘、探索基因疾病治疗的方式

  有性生殖在进化上是一种更高级的生殖方式。王乐韵介绍,相较低等动物(如卵生的鱼类或爬行类),哺乳动物的生育资源更珍贵,不仅孕育过程耗费大量资源,而且怀胎时间长,子代数目少,分娩过程中母体甚至面临死亡的风险。因此,每个后代都需要经历更严格的挑选。有性生殖不仅确保了基因组的稳定性,又能通过基因重组推动物种的进化。王乐韵说:“这个过程如果过度依赖同性生殖(如孤雌生殖),将对种群基因的多样性造成损失,丢失有利的突变,最终导致物种退化甚至灭绝。”

  既然有性生殖方式更高级,那科学家们为什么还要研究孤雌生殖或孤雄生殖?

  中国科学院动物研究所所长、中国科学院院士周琪表示,这是一项重要的基础研究。他说:“探索未知是科学的本质,科学研究就是探索未知的过程,是不断增加人类对自身、对宇宙认识的过程。探索生殖的奥秘,有助于了解我们如何进化到今天、我们现有生殖方式的优劣、未来如何进一步克服我们自身面临的困难。这是我们研究的主要意义所在。”

  从应用角度而言,这对人类健康研究、特别是对基因疾病的研究,将有潜在的巨大影响。周琪介绍,之前的研究发现,这些印记基因与一些遗传疾病有很高的相关度。王乐韵解释:“哺乳动物同性生殖的成功,为我们提供了一种新的动物繁育手段,可以用来培育具有较高科研和医学价值的纯系动物。而我们在孤雌和孤雄小鼠中,针对不同印记区段所做的遗传操作可以视作一种‘修复’,能够为未来临床治疗这些疾病提供极具价值的先期探索。”

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