基因编辑“代孕父系”成功繁殖

【字体: 时间:2020年09月16日 来源:

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  科学家首次培育出了可作为“代育父系”动物,即这些产生精子的雄性动物却只能携带捐赠动物的基因特征。

  


科学家首次培育出了可作为“代育父系”动物,即这些产生精子的雄性动物却只能携带捐赠动物的基因特征。

这项研究成果发表在9月14日的《PNAS》上,它可以加速家畜理想特性的传播,并为日益增长的全球人口提高粮食产量。它还将使偏远地区的种植者能够更好地获得世界其他地区优秀动物的遗传物质(比如日本和牛),并允许在山羊等难以人工授精的动物中进行更精确的繁殖。

“有了这项技术,我们可以更好地传播理想性状,提高粮食生产效率。华盛顿州立大学(WSU)兽医学院的生殖生物学家Jon Otley说:“这对解决全世界的粮食不安全问题会产生重大影响。如果我们能从基因上解决这个问题,那就意味着不得不投入到动物身上的水、饲料和抗生素可以得到减少。”

由Otley领导的一个研究小组使用基因编辑工具CRISPR-Cas9,在动物胚胎中敲除了一个特定于雄性生育能力基因。这些雄性动物出生时是不育的,但在研究人员将供体动物的干细胞移植到它们的睾丸后,它们开始产生精子。“代育系”所产生的精子只含有所选供体动物的遗传物质。

这项研究是WSU、犹他州立大学、马里兰大学和英国爱丁堡大学罗斯林研究所六年合作工作的结果。

研究人员利用CRISPR-Cas9培育出了鼠、猪、山羊和牛,这些鼠、猪、山羊和牛缺少一种叫做NANOS2的基因,这种基因是雄性生殖能力特有的。这些雄性动物在成长过程中是不育的,但在其他方面是健康的,所以当它们接受其他动物的移植精子产生干细胞时,它们开始从捐赠者的细胞中产生精子。

代育系被证实有活跃的供精精子。代育小鼠的后代健康,后代携带供体小鼠的基因。更大的动物有待进一步评估。奥特利的实验室正在完善干细胞移植过程,然后再采取下一步行动。

罗斯林研究所的Bruce Whitelaw教授说,这项研究为这个概念提供了有力的证明。

“我们向世界表明,这项技术是真实的。它是可以使用的,”Whitelaw说。我们现在必须深入研究如何有效地利用它来帮助我们不断增长的人口。”

畜牧业的最新进展

几十年来,科学家们一直在寻找一种方法来创造替代父系,以克服选择性繁殖和人工授精的局限性。

人工授精在奶牛中很常见,因为奶牛的繁殖行为相对容易控制,但这种方法很少用于需要自由走动觅食的肉牛。对于猪来说,由于猪精子不能很好地存活下来,这个过程仍然要求动物们配合。在山羊身上,人工授精相当具有挑战性,可能需要外科手术。

代育父系技术可以解决这些问题,因为代育父系以自然的方式传递捐赠者的遗传物质——通过正常的生殖。这使得牧场主和牧民能够让他们的动物在牧场或田野上正常互动。此外,雌性NANOS2基因敲除的动物仍然可以生育——因为该基因只影响雄性的生育能力——并且可以通过繁殖有效地产生不育雄性作为替代父系。

犹他州立大学教授Irina Polejaeva说,这项技术有很大潜力帮助发展中国家的粮食供应,那里的牧民仍然必须依靠选择性育种来改善他们的牲畜。

“山羊是许多发展中国家的头号蛋白质来源,”Polejaeva说。“这项技术可以让山羊更快地传播特定的特性,无论是抗病性、更高的耐热性还是更好的肉质。”

替代父系技术也为濒危物种的基因保护开辟了一个新的选择,这些物种数量的减少使得动物群落彼此孤立,限制了它们的遗传多样性。

认知和政策障碍

然而,如果不改变目前的政府法规和公众的看法,代育父系的任何好处都无法实现。

即使这项技术已经发展到可以商业化的程度,基因编辑的代育父系也不能在世界任何地方的食物链中使用,即使它们的后代不会被基因编辑。“这部分是因为人们错误地认为基因编辑和有争议的基因操纵是一样的。基因编辑涉及到在一个物种内进行自然发生的变化。它不结合不同物种的DNA,”Oatley说。

实验室之外还有很多工作要做,Oatley最近加入了家畜基因编辑国家工作队,召集研究人员、行业代表、生物伦理学家和政策制定者,为这项技术铺路。

Oatley说:“即使所有的科学研究都完成了,但在世界任何地方,这项技术在畜牧生产中的应用速度将受到社会认可和联邦政策的影响。通过与决策者和公众合作,我们可以帮助提供信息,向公众保证这门科学不会像其他方法那样带来风险。”

对吃货来说这真是个好消息,意味着凭借这项技术普通肉牛也能出产高品质的和牛雪花肉了。你怎么看呢?

原文检索:Donor-derived spermatogenesis following stem cell transplantation in sterile NANOS2 knockout males

(生物通:伍松)

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