2022年03月11日 09:00
【科學快訊】
生兒育女，需要男女結合。對於哺乳動物來說，這是天經地義的事情。然而，有一群科學家卻可以打破這條「鐵律」。
近日，來自上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院生殖醫學科的魏延昌博士與同事們報告了一項突破性進展：利用新技術，他們讓沒有受精的小鼠媽媽產下了健康且有正常生殖能力的後代，成功完成單性繁殖！
這項重磅研究，近日刊登在《美國科學院院刊》（PNAS）上。
單性繁殖，也稱為孤雌繁殖（parthenogenesis）。這種僅靠雌性「一己之力」就可以產生後代的生殖方式，在整個動物界中其實並不罕見，昆蟲、鳥類、爬行動物、兩棲動物中有不少例子。
然而，哺乳動物的新生命總是起始於卵細胞與精細胞的結合。究其原因，科學家們發現，與一種叫做「基因組印記」（genomic imprinting）的現象有關。這是指，由父親或母親提供的基因，有一些會被貼上「甲基化」的化學標簽而失去活性。來自父母雙方的基因組湊在一起，產生互補，後代才能正常發育。這也就意味著，單單一方提供的遺傳物質，因為一些關鍵基因無法正確表達，會讓胚胎發育或是產後的生長發育受到阻礙。
既然如此，如果能消除或改變「基因組印記」，是不是可以消除生殖方式的障礙？過去幾年裏有很多科學家以不同的方式做出嘗試。比如，同樣來自中國的一支研究團隊，曾利用幹細胞技術與基因編輯技術，通過「抹除」基因組印記，培育出了雙親都是同一性別的小鼠。
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此次研究中，科學家們靶向甲基化差異進行編輯，通過改寫七個關鍵的基因組印記控制區域，最終實現了只需要單個小鼠的卵母細胞就能產生後代。
這些基因組印記控制區域通過甲基化程度的高低調節了兩組關鍵基因的打開或關閉。研究人員從雌性小鼠身上取出卵母細胞後，用CRISPR基因編輯系統處理細胞，定位到其中一組基因的基因組印記控制區域，通過添加甲基化將其關閉；同時，定位到另一組基因，通過去甲基化將其打開。這樣一來，可以分別模擬正常受精卵細胞中來自父親和母親的基因組印記，最終使未受精的卵母細胞具有類似於受精卵細胞的特征。
經過編輯的卵母細胞在體外發育到早期胚胎階段後，研究人員將這些單性生殖胚胎植入雌性小鼠子宮，讓它們繼續在體內發育。研究人員們培育並移植了192例胚胎，有3只小鼠足月誕生。
最終，有一只單性生殖小鼠不僅順利存活到成年，而且還在成年後通過正常的生殖方式產下後代。
研究人員通過測序驗證，幸存的這只小鼠所有經過編輯的基因組印記控制區域都表現出了正確的甲基化模式。而出生後早夭或是未能存活下來的胚胎，七個關鍵基因組印記控制區域中未能全部編輯成功或是印記丟失。這一分析結果突顯了關鍵基因組印記控制區域在胚胎生長發育中的重要性，也為進一步提高這項技術的成功比例指出了方向。
研究人員在論文最後指出：「哺乳動物單性生殖的成功將為農業、研究和醫學開辟許多機會。」
參考資料：
<1> Yanchang Wei et al。， （2022） Viable offspring derived from single unfertilized mammalian oocytes。
PNAS https：//doi.org/10.1073/pnas.2115248119
<2> Mammalian offspring derived from a single unfertilized egg。
Retrieved Mar。
9， 2022 from https：//phys.org/news/2022-03-mammalian-offspring-derived-unfertilized-egg.html
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