今日，諸多科技媒體被一條突破性進展刷屏——來自中國科學院動物研究所的李偉課題組,、周琪課題組、以及胡寶洋課題組聯(lián)合發(fā)表的一項研究表明,，利用干細胞技術(shù)與基因編輯技術(shù),，我們能造出雙親都是同一性別的小鼠！也就是說,，這些小鼠要么有兩名母親,，卻沒有父親；要么有兩名父親,，卻沒有母親,。

這項重磅研究，今日在線刊登在了《細胞》子刊《細胞-干細胞》上,。

▲本研究的三位通訊作者李偉研究員,、周琪研究員,、以及胡寶洋研究員（圖片來源：中國科學院動物研究所）

不需另一半也能繁衍后代？

男女結(jié)合才能生兒育女,，這對于人類來說似乎是顛撲不破的真理,。但倘若我們把目光投向整個動物界，就能發(fā)現(xiàn)“性別不同的兩個個體”,，并不是繁衍后代的必要條件,。對于許多爬行動物、兩棲動物,、乃至魚類來說,，只靠自己，就能產(chǎn)下諸多后代,。

▲一些爬行動物表示,，繁衍后代并不需要另一半的參與（圖片來源：Pavel ?evela [CC BY-SA 4.0  （https：//creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）],， from Wikimedia Commons）

舉例來說，在2010年,，科學家們發(fā)現(xiàn)一條雌性紅尾蚺蛇（Boa constrictor）通過無性繁殖,，生下了22條小蛇。后續(xù)的染色體分析確認，這些后代的誕生,，的確沒有依賴雄性的參與（雄蛇的染色體為ZZ型,，雌蛇的染色體為ZW型，而無性繁殖產(chǎn)生的后代染色體均為罕見的WW型）,。對此,，科學家們除了大呼神奇之外，并不理解背后的生物學機理,。

高等動物能無性繁殖嗎,？

既然爬行動物能夠無性繁殖，哺乳動物能不能也做到呢,？很遺憾,，在自然條件下，這看起來是一個不可能完成的任務,。其中的原因,，在于一種叫做“基因組印記”（genomicimprinting）的現(xiàn)象。這是指由父親或母親提供的基因,，有一些會被“關(guān)閉”,，失去活性。只有來自父母雙方的基因湊在一起,，才能產(chǎn)生互補,，讓后代正常發(fā)育。

▲新生命的誕生需要父母雙方的參與,，在生物學上是有原因的（圖片來源：Pixabay）

舉個例子，人類中有一條叫做IGF2的基因,，對于發(fā)育和生長起到了至關(guān)重要的作用,。但有趣的是，只有來自父親的IGF2基因才具有活性,。盡管母親提供的IGF2基因從DNA序列上看,，可以和父親的基因一模一樣，但它們就是會被關(guān)閉,，無法產(chǎn)生作用,。同樣的，也有一些基因只有靠母親遺傳,，才能發(fā)揮功能,。

這就解釋了為啥自然環(huán)境中,，哺乳動物的誕生需要父母雙方的參與——如果只有父親或母親提供遺傳物質(zhì),，勢必會有一些基因無法順利表達，造成缺陷，影響胚胎發(fā)育,。

“輝夜姬”的誕生

如果我們能改變“基因組印記”,，讓來自母親的基因看起來和父親的基因一樣，不就能造出只有母親,，沒有父親的小鼠了嗎,？利用這個方法，一支日本團隊在2004年率先取得了成功——他們造出的一只小鼠有兩位母親,，卻沒有父親,。科學家們把這只小鼠命名為“輝夜姬”,，這是日本神話中誕生于竹子的嬰兒,。這只小鼠順利活到了成年，并和其他小鼠正常繁衍,，產(chǎn)下了后代,。

“但這只小鼠依舊存在一些缺陷，而且其方法難以應用,，非常不實際,。”周琪研究員說道,。

這的確是一個事實,。為了“輝夜姬”的順利誕生，日本團隊一共制造出了460個小鼠胚胎,，只有10只順利出生,，更只有1只活到了成年。顯然,，這項技術(shù)還有很大的提升空間,。

中國科學家的突破

而這正是中國科學家的突破所在。這支團隊發(fā)現(xiàn),，單倍體胚胎干細胞（haploid embryonic stem cells）帶有更少的“基因組印記”,。“我們發(fā)現(xiàn)單倍體胚胎干細胞更接近于原始生殖細胞,，這是卵子和精子的前體,，” 胡寶洋研究員說道：“在配子（卵子和精子）中發(fā)現(xiàn)的‘基因組印記’被‘抹除’了?！?/p>

▲本研究的圖示（圖片來源：參考資料[1]）

在來自雌性小鼠的單倍體胚胎干細胞中,，科學家們利用先進的基因編輯工具CRISPR-Cas9系統(tǒng)，額外移除了3個“基因組印記”的重災區(qū),。這樣一來,，這些干細胞里的遺傳物質(zhì),，就能保持較好的基因表達活性。

隨后,，科學家們將這些干細胞的遺傳物質(zhì)注射到了處于M2期的卵母細胞中,，誘導胚胎的發(fā)育與形成。用這種方法生出的小鼠,，體內(nèi)就帶有兩個母親的遺傳物質(zhì),。研究人員們最終制造了210個胚胎，其中29只小鼠順利誕生,，不少順利生長到了成年,，并生下了自己的后代?？梢?，這項技術(shù)的成功比例要來得更高。

▲只有母親,，沒有父親的小鼠發(fā)育一切正常,，自己也成功產(chǎn)下了后代（圖片來源：Leyun Wang，中國科學院動物研究所）

如果說制造“只有母親,，沒有父親”的小鼠已經(jīng)夠復雜了,，那制造“只有父親，沒有母親”的小鼠則還要復雜……

利用類似的方法,，科學家們在雄性小鼠的單倍體干細胞中,，移除的“基因組印記”重災區(qū)高達7處。隨后,，他們將這些遺傳物質(zhì)與另一只雄性小鼠的精子一塊,，注射到了一個沒有細胞核的卵子中。隨后,，這個細胞會在代孕小鼠的體內(nèi)發(fā)育成胚胎,，生出新的小鼠，它們只帶有兩名父親的遺傳信息,。

▲造出只有父親,，沒有母親的小鼠，可以說是一個突破（圖片來源：Leyun Wang,，中國科學院動物研究所）

這個方法要難多了,。在477個胚胎中,，只有12只小鼠成功誕生。其中,，10只小鼠在出生2天后死亡。剩下的2只小鼠,，也沒有活到成年,。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，即便經(jīng)歷了如此多的基因編輯,，依然有一些基因沒有成功表達,。這或許是“只有父親，沒有母親”的小鼠為何早夭的原因,。

總結(jié)

諸多生物學家指出,，這項突破性的研究，再次證明“基因組印記”,，正是阻礙哺乳動物單性繁殖的原因,。而即便是大規(guī)模的基因組改造，都無法徹底消除這些印記,。這也指明了科學未來的前進方向,。

“這項研究揭示了各種可能性，”李偉研究員評論道：“我們看到只有兩名母親的小鼠,，其缺陷能夠被消除,。我們也看到通過修飾‘基因組印記’，能克服只有兩名父親的生殖障礙,。我們還揭示了阻礙小鼠單性繁殖的重要印記區(qū)域,，這對于研究‘基因組印記’和動物克隆都有意義?！?/p>

需要注意的是,，這項研究距離人體應用還遠得很。暫且不提小鼠體系中的種種技術(shù)難關(guān),，即便我們能高效造出單性繁殖的小鼠,，從小鼠到人類的轉(zhuǎn)化，也依舊有著技術(shù),、倫理,、以及法律上的挑戰(zhàn)。這一切,，需要科學家,、生物倫理學家、以及法律專家共同解決,。

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