中科院成功實現老鼠同性繁殖！優秀的中國科學家們是怎麼做到的？

兩隻母鼠同性繁殖的一隻成年老鼠和她自己的健康後代

老鼠是哺乳動物，但它們不必像探索頻道上播放的那樣繁衍後代。這是近日發表在《幹細胞》雜誌的一篇新論文的研究成果。

在這篇論文中，中國科學院的研究人員描述了如何利用胚胎幹細胞和基因編輯技術進行老鼠同性繁殖的複雜過程。兩隻公鼠繁殖的後代僅存活了48個小時，但兩隻母鼠繁殖的後代不僅活到成年，還能跟公鼠交配，從產下自己的後代。這項研究有助於我們探索一個問題：人類到底需不需要不同性別的雙親？

對於非哺乳動物來說，孤雌生殖（卵不經過受精也能發育成正常的新個體）並不罕見。某些魚類、昆蟲甚至（有時）科莫多巨蜥都是採用這種繁殖方式。但就哺乳動物而言，需要生理性別不同的雙親才能誕下幼崽，而且卵必須受精。長期以來，科學家一直試圖弄明白其中的原因，這方面的很多研究都用到了我們特別喜歡的實驗對象——老鼠。

沒有參與這項研究的得克薩斯大學遺傳學家理查德·貝林傑（Richard Behringer）說，繼承雙親的遺傳信息是一大優勢，因為「你能進行變異和重構」，從而更加多樣化。缺點是需要兩個生理性別相反的個體才能生育後代。

沒人知道我們為什麼會進化成這樣，但研究表明，這與遺傳信息有關。我們同時需要父母雙方的遺傳信息才能健康發育。2004年，日本研究人員率先使用兩隻母鼠創造出基因改變的幼鼠，它們不僅可以活到成年，還能生育後代。研究人員之所以能成功，是因為他們修改了參與一個重要過程的特定基因。這個過程叫做「印記」。

兩隻母鼠（或者公鼠）的遺傳信息無法結合起來，生下基因沒有改變的健康後代。印記是其中的一個原因。雄性和雌性哺乳動物各自攜帶了相同數量的染色體，必須相互匹配，DNA才能成功地編碼蛋白質，從而創造出生命。但從基因的角度來說，雄性和雌性是不同的。對胎兒健康發育至關重要的一些基因，在雌性體內被「打開」，在雄性體內被「關閉」。這意味著你一半的遺傳信息必須來自母親，另一半必須來自父親，好讓你早期發育所需的所有印記基因發揮應有的作用。然後才是性分化。

20世紀80年代進行的實驗顯示，雄性和雌性的染色體是不對稱的。也就是說，想要生育健康的後代，你不能只使用兩組雌性或者雄性的DNA。雄性和雌性的染色體包含了所有的遺傳信息，但根據父母一方的性別，被關閉的基因是不同的，這被稱為「基因衝突」。而且，兩組染色體必須正確地打開後代體內的所有必要基因。研究人員發現，用兩隻母鼠創造出來的、基因沒有改變的老鼠胚胎只發育了10天。「它們會短暫發育，然後死去，」貝林傑說。

2004年，日本科學家使用兩個老鼠卵，成功地創造出基本健康的後代。其中一個卵子還未成熟，它有兩個重要的印記基因被改為「打開」，就好像這是雄性的遺傳貢獻。此後，其他研究團隊在上述研究的基礎上，用兩隻公鼠來繁殖後代。結果證明這更加困難。

在10月12日發表的那項研究中，中國科學家嘗試了另外一種方法。在先前研究的基礎上，他們使用了經過基因編輯的胚胎幹細胞，只包含一組染色體。他們不是關閉與性別有關的印記基因，而是刪除這些基因——就雌性和雄性而言分別有三個和七個。然後，他們把那些胚胎幹細胞的細胞核注入卵子或精子，最終發育成擁有兩個父親或者兩個母親的活鼠。那些胚胎幹細胞之所以能發揮作用，是因為我們有可能創造出只包含一半遺傳信息的胚胎幹細胞，並操縱那些信息。

兩隻公鼠繁殖的後代活了兩天左右，而兩隻母鼠繁殖的後代不僅長大成年，還有了自己的後代。貝林傑說，對雄性幹細胞進行更多的編輯，可能讓兩隻公鼠繁殖的後代變得更加健康。但這難以確定，因為我們還沒有完全弄懂印記的過程及其效果。不過，這篇新論文提出了一個創造孤雌生殖老鼠的周密方法。「這個技術壯舉令我佩服不已，」貝林傑說，「操縱七個基因並非易如反掌。操縱三個基因也不是小事一樁。」

他還說，這篇新論文突顯了雄性和雌性基因組在哺乳動物生殖方面的微妙平衡。科學家現在還不知道如何操縱這種平衡，但相關知識對克隆和牲畜養殖具有重大意義，甚至有朝一日可以利用同性配偶的遺傳物質，讓他們擁有親生子女。目前用在老鼠身上的同性繁殖過程還不適用於人類。但貝林傑說：「我敢肯定，以後的技術將使人類同性繁殖成為可能。」

翻譯：于波

編輯：李莉

來源：Popsci

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！