中国科学家成功培育出首只双父系小鼠：基因编辑技术攻克印迹基因难题

研究人员通过修改印迹基因创造了第一只双父系小鼠，推动了生殖科学的发展，但面临……

　　

近日，中国科学家团队在生殖科学领域取得了一项重大突破，成功培育出世界上第一只双父系小鼠。这一成果不仅为单性生殖的研究开辟了新的道路，也为干细胞和再生医学的发展带来了新的希望。相关研究发表在国际知名期刊《Cell Stem Cell》上。

技术亮点：精准编辑印迹基因

印迹基因是哺乳动物生殖过程中的关键基因，它们的表达受到亲本来源的调控。在正常情况下，哺乳动物的胚胎需要来自父母双方的基因才能正常发育。然而，印迹基因的异常表达是单性生殖（如双父系或双母系繁殖）的主要障碍。

在这项研究中，科学家们通过精确修改20个关键印迹基因，成功克服了这一难题。研究团队采用了多种基因编辑技术，包括移码突变、基因删除和调控区域编辑，对双父系胚胎中的印迹基因进行了精准改造。

从胚胎到成年小鼠

科学家们之前曾尝试过培育双父系小鼠，尝试用卵巢类器官从雄性多能干细胞中获得卵母细胞来制造双父系小鼠，然后，这些卵母细胞与另一个雄性的精子受精。然而，当同源染色体——在减数分裂过程中分裂产生卵母细胞和精子的染色体——来自同性时，就会出现印记异常，导致严重的发育缺陷，胚胎只发育到一定程度就停止了生长。

在这项新研究中，研究人员首先从雄性小鼠的胚胎干细胞中提取了单倍体胚胎干细胞（haploid embryonic stem cells, hESCs），并通过基因编辑技术对这些细胞中的印迹基因进行修改。随后，这些经过改造的细胞被用于构建双父系胚胎。结果显示，经过基因编辑的胚胎在发育过程中表现出了更高的发育能力和成活率：这些基因编辑不仅可以创造出有时能活到成年的双父系动物，而且还能产生更稳定的多能干细胞！

尽管如此，实验中仍面临诸多挑战。例如，只有11.8%的胚胎能够发育到出生，且大多数出生的小鼠在成年后表现出生长异常和寿命缩短的问题。此外，这些成年小鼠均无法生育后代。

为再生医学带来新希望

然而，这一成果为理解哺乳动物单性生殖的机制提供了重要线索，为胚胎干细胞和克隆动物的发育提供了新的思路。通过修改印迹基因，研究人员不仅成功克服了单性生殖的主要障碍，还为胚胎干细胞的发育潜力提升提供了新的方法。

研究团队表示，未来将继续探索如何进一步优化印迹基因的修改，以提高双父系小鼠的存活率和生育能力。此外，他们还计划将这一技术扩展到其他大型动物（猴子），甚至可能探索其在人类疾病治疗中的潜在应用。

专家观点

通讯作者、中国科学院李伟教授表示：“这项工作将有助于解决干细胞和再生医学研究中的一些限制，这一研究为干细胞和再生医学研究提供了新的工具和思路，有望推动相关领域的发展。”

中科院的共同通讯作者周琦说：“印记基因的独特特征使科学家们相信它们是哺乳动物单性繁殖的根本障碍，即使人工构建双母或双父胚胎，它们也无法正常发育，并且由于这些基因，它们在发育过程中的某个时候会停滞不前。”

广州中山大学的联合通讯作者骆观正说：“这些发现提供了强有力的证据，表明印记异常是哺乳动物单性繁殖的主要障碍，这种方法可以显著改善胚胎干细胞和克隆动物的发育结果，为再生医学的发展铺平了一条充满希望的道路。”

中国科学院的共同通讯作者李治琨说：“对印迹基因的进一步修改可能会促进产生健康的双父系小鼠，这些小鼠能够产生可行的配子，并为印迹相关疾病带来新的治疗策略。”

未来展望

尽管目前的技术仍面临诸多挑战，但这一成果无疑为未来生殖科学和再生医学的发展带来了新的希望。科学家们相信，随着技术的不断进步，单性生殖有望在更多领域实现突破。

这一研究不仅在科学上具有重要意义，也为未来生殖科学和再生医学的发展带来了新的希望。