作者:李晨阳 来源:中国科学报 发布时间:2018/10/16 9:40:06
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两个爸爸也能生孩子?!
中国科学家首次实现哺乳动物的孤雄生殖

孤雄生殖小鼠首次降临人世。王乐韵摄

■本报记者 李晨阳

距离下一个光棍节还有一个月,两只公老鼠喜获结晶的消息就在朋友圈里炸了锅。

中科院动物研究所的李伟课题组、周琪课题组和胡宝洋课题组联合在《细胞—干细胞》上发表论文,宣布首次实现了哺乳动物的孤雄生殖。由两只雄性小鼠基因结合产生的后代,第一次有机会呼吸这个世界的空气——虽然只有短短两天。

“这项研究证明哺乳动物孤雄生殖的主要障碍正是印记基因,并且首次证实我们可以跨越这些障碍。”未参与这项研究的中科院北京基因组所研究员杨运桂说,“这对我们理解印记基因的进化和功能,以及它们在发育和疾病中的作用都有重要意义。”

杨运桂所说的“印记基因”是怎么给孤雄生殖添堵的,中国科学家又解除了什么了不得的封印,你想弄明白吗?

印记基因为啥支持异性恋?

在鱼类、两栖动物、爬行动物甚至鸟类的世界里,有时只靠一个超人妈妈就生出宝宝——这种现象叫“孤雌生殖”。但在哺乳动物的世界里,“阴阳调和”一直是生儿育女的不二法门。

科学家早已发现,哺乳动物中普遍存在的印记基因,是一种为异性恋站台的强大封印。这些基因的存在,让孤雄和孤雌产生的胚胎根本活不到预产期。

印记基因还很喜欢“攀高枝”,主要存在于哺乳动物和高等植物。就算在哺乳动物里,也主要集中在比较高等的真兽亚纲(有胎盘的哺乳类)中。而在较为原始、没有胎盘的鸭嘴兽、袋鼠等动物中,印记基因不是数量极少就是暂未发现。这是为什么呢?

李伟告诉《中国科学报》记者,学术界对这种现象还没有定论。但有学者猜想,相比卵生的鱼类、爬行类等动物,胎盘类哺乳动物怀胎时间长、子代数目少,母体还会面临难产死亡等巨大的风险。因此优生优育对它们至关重要。

如果哺乳动物过度依赖同性生殖,会造成种群基因多样性的损失,导致物种退化甚至灭绝。哺乳动物进化出异性恋的死忠粉——印记基因,可能正是为了避免同性生殖对有性生殖的竞争。

科学家是怎样把“印记”洗掉的?

十多年前,日本东京农业大学的研究团队通过删除印记区,第一次得到了可以存活的孤雌生殖小鼠“辉夜姬”。这证明科学家有可能解除印记基因对同性生殖的“诅咒封印”。但人们很快发现辉夜姬是位生长迟缓、神经兮兮的女士,显然科学家不能满足于此。

辉夜姬所用的技术涉及利用未成熟卵细胞来携带敲除基因。这种方法受到遗传规律的制约。

这一次,中国的科研工作者决定另辟蹊径,用单倍体干细胞技术来“清洗”印记。事实证明,干细胞技术不仅能改善孤雌生殖,还让之前难以想象的孤雄生殖成为可能。

“我们运气真好。”论文第一作者、动物所博士后李治琨对《中国科学报》记者说,“基因组印记是一种DNA上的甲基化修饰。通常这种甲基化非常稳定,非常难以去除。”

经过一系列复杂的操作和分析,他们惊喜地发现,这种单倍体干细胞展现出了比未成熟卵更完全的、跟原始生殖细胞相似的 “无印记状态”,这也是实验最终成功的基础。

这么多印记,到底该修改谁呢?

在小鼠的基因组中有20多个印记基因,究竟该把哪些删除掉呢?“实验开始时,这些都是完全未知的。”李伟说。

研究人员首先尝试改善孤雌生殖。除了日本科学家删除过的两个印记基因外,他们又通过筛选比对敲定了第3个需要删除的位点,得到了跟正常小鼠几乎一样的孤雌生殖小鼠。

至于孤雄生殖的小鼠,那就全凭摸索了。“我们的想法一开始很简单,就是挑选那些文献中最常提到的,跟疾病关系最密切的基因。”李治琨说。

幸运再一次降临了。在删除掉第7个印记基因后,部分胚胎经过19天的孕育,顺利从代孕妈妈的子宫中降临人世。

解除封印的魔法可以用来治病吗?

已发现的印记基因中,有很多与严重的人类疾病相关,包括精神类疾病(某些自闭症)、代谢类疾病(BWS综合征等),生长发育异常(小胖威利综合征等),这类疾病统称为“单亲二倍化疾病”。由于印记基因数目众多,单亲二倍化疾病的患者也为数不少。

“在病人体内修复这些异常的印记区段,有可能具有治疗效果。”李伟说,“理论上,孤雌和孤雄小鼠集中了多种可能的单亲二倍化异常,而我们的敲除操作可以被视为一种‘修复’。我们希望这项研究可以提供一个操作平台,来筛选出对更多印记区段进行修复的初步方法。”

说了这么多,两个人类爸爸到底能不能生孩子?

目前全球已经有30个国家实现了同性婚姻的合法化。同性爱人们领到结婚证后,难免也会憧憬更多的幸福:随着科技进步,我们是不是也能拥有自己的孩子?

与试管婴儿技术相似,这项技术也是把来自两个个体的生殖细胞在体外融合后,再把得到的早期胚胎移植进雌性的子宫中。只不过,科学家经过大胆的探索,让传统有性生殖的精卵结合,可以被“卵卵结合”甚至“精精结合”所取代。这似乎是说,同一性别的两个人也可能拥有携带双方基因的后代。

“理论上是这样,但目前看来风险太大了。”李治琨说,“从当前的小鼠实验数据来看,孤雌生殖的成功率在10%~20%,孤雄生殖只有2%。这个成功率在临床上是不可能被接受的。”

他进一步指出,孤雄生殖的小鼠只能存活很短一段时间。即便孤雌生殖得到的小鼠在实验室条件下看起来是正常的,也不敢保证它能和普通小鼠一样闯荡世界。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.stem.2018.09.004

《中国科学报》 (2018-10-16 第1版 要闻)
 

 

 
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2018/10/19 11:03:32 ynafwt
植物中孤雌生殖现象较为常见,孤雄生殖的例子在植物上是存在的,但也极为罕见。现在动物小鼠中也人工孤雄生殖成功了。厉害!
目前已有1条评论
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