干細胞+基因編輯=哺乳動物同性繁殖

中國科學院的研究人員培育出了有兩個媽媽的健康小鼠（小鼠可以擁有自己的正常后代），同時，有兩個爸爸的小鼠也出生了，但只存活了幾天，研究發表在10月11日的《Cell Stem Cell》。同性動物產生后代如此具有挑戰性，這項研究指出，利用干細胞和有針對性的基因編輯可以克服這些障礙。　　

“我們對哺乳動物為什么只能進行有性繁殖問題很感興趣，過去的結合生殖和再生研究已經取得了一些發現，所以，我們試圖找出帶有基因缺陷的單倍體胚胎干細胞是否能生產出更多具有兩個雌性親代，甚至兩個雄性親代的正常小鼠，”文章共同通訊作者周琪研究員說。

一些爬行動物、兩棲動物和魚類的同性親本可以繁殖，但是，哺乳動物即使借助體外受精技術也很難做到這一點，這仍然是一種挑戰。

在哺乳動物中，由于某些母系或父系基因在生殖細胞發育過程中被一種叫做“基因組印跡（genomic imprinting）”的機制切斷，所以后代未同時從母系和父系接收遺傳物質的，就可能經歷發育異常或無法存活。

通過刪除未成熟卵中這些印跡基因，之前報道，研究人員已經培育出了有兩個媽媽的雙母小鼠（bimaternal mice）。“然而，這些小鼠仍然顯示出缺陷特征，而且方法本身也非常不實際并且難用，”周研究員說。

為了生產健康的雙母小鼠，周研究員和共同通訊作者李偉研究員、胡寶洋研究員和同事們使用單倍體胚胎干細胞（ESCs），這種細胞只含有一半正常數目的染色體，其DNA僅來自一個親本。研究人員認為這是新研究取得成功的關鍵。他們通過刪除一只母鼠ESCs的基因組的三個印跡區域，然后將細胞注射入另一只母鼠卵子中，210個胚胎，最終成活29只小鼠，這些小鼠都活到成年并有了自己的健康小鼠后代。

單倍體ESCs的一個優點是，在有問題的基因被敲除之前，它們也較少包含最終導致母系或父系特異性印跡編程的基因表達。“我們在這項研究中發現，單倍體ESCs更類似原始生殖細胞，即卵子和精子的前體，基因組印跡在這些細胞中被擦除了，”胡研究員說。

雙父小鼠的操作程序是類似的，但是更為復雜。僅含父本DNA的單倍體胚胎干細胞被刪除了7個關鍵印跡區域，編輯后的單倍體ESCs與另一只雄性小鼠的精子混合后注射到一個去核卵細胞中（雌性遺傳物質也被一并去除），這就形成了只含有兩個父親基因組DNA的胚胎，這些胚胎連同胎盤材料被轉移到代孕母鼠體內，最終產生了12只足月的活后代。

雙父幼鼠出生后只存活了48小時，研究人員正計劃改進操作過程，以便雙父小鼠能夠活到成年。

事實上，早在2011年已經取得了類似結果，這種方法是依靠由第一個父親的干細胞直接生產雌性中間體與第二個父親交配，雖然該方法避開了基因組印跡問題，但如果將其用于人類，則存在倫理和實踐障礙。

李研究員指出，他們的新方法在其他哺乳動物上仍存在障礙，包括需要識別每個物種特有的（需被刪除的）印跡基因，以及后代是否能夠存活或經歷嚴重異常等情況。但是他們希望有機會在其他動物身上探索這些技術。

“這項研究是一個前瞻性的可能性探討，”他說。“我們看到，雙母小鼠的缺陷可被消除，雙親生殖障礙的哺乳動物可以經受印跡修飾。我們還揭示了一些阻礙同性父/母小鼠發育的重要印跡區，這些區域對研究基因組印跡和動物克隆也很有趣。”

原文檢索：Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region Deletions