长期体外培养鹅原始生殖细胞的突破与濒危鸟类遗传多样性保护

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【字体：大中小】 时间：2025年02月26日 来源：Communications Biology 5.2

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　　为解决鸟类原始生殖细胞（PGCs）培养难题，助力濒危鸟类遗传多样性保护，爱丁堡大学研究人员开展鹅 PGCs 体外培养研究，成功开发培养基，为相关保护工作提供新途径。

　　在神奇的生物繁衍世界里，鸟类的生殖细胞研究对于物种保护意义非凡。现存众多鸟类面临着生存挑战，许多珍稀鸟类甚至濒危，它们的遗传多样性保护迫在眉睫。体细胞和生殖细胞的低温保存是保护鸟类遗传多样性的重要手段，其中原始生殖细胞（Primordial Germ Cells，PGCs）因具有独特优势备受关注。PGCs 是胚胎发育过程中产生的一类特殊细胞，它们具有自我更新和分化的能力，在移植到宿主动物的性腺后，能够分化形成精子和卵子，这意味着可以通过保存 PGCs 来延续濒危鸟类的遗传物质。

然而，目前鸟类 PGCs 的研究面临诸多困境。在众多鸟类中，PGCs 数量稀少，这使得低温保存和生殖系传递方法难以实施。从哺乳动物和鱼类胚胎中分离出的 PGCs 在体外难以增殖，即便在鸟类中，除了鸡的 PGCs 能实现长期体外培养外，其他鸟类 PGCs 的长期培养一直未能攻克。像鹌鹑、鸭子等 Galloanserae 类鸟类的 PGCs，体外培养时间仅能达到 50 天；斑马雀等 Neoaves 鸣禽的 PGCs 培养时间也较短，这严重限制了对其他鸟类的生物样本库建立和基因组编辑工作，也阻碍了濒危鸟类遗传多样性的保护进程。

为了打破这些困境，爱丁堡大学的研究人员挺身而出，开展了关于鹅 PGCs 体外培养的研究。他们的研究成果意义重大，相关论文发表于《Communications Biology》。这一研究为濒危鸟类遗传多样性的保护带来了新的希望，有望推动鸟类生殖生物学和保护生物学的发展。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先是细胞培养技术，从鹅胚胎血液中分离 PGCs 进行体外培养；接着利用 RNA 测序技术（RNA-seq），对培养的 PGCs 进行转录组分析；还运用了基因编辑技术，通过 DNA 转座子对鹅 PGCs 进行遗传修饰；另外，采用免疫荧光染色技术鉴定 PGCs 的特性，以及进行性腺迁移实验观察 PGCs 的功能。

下面来详细看看研究结果：

鹅 PGCs 的体外培养与增殖：研究人员尝试用多种培养基培养不同鸟类胚胎血液中的 PGCs，最终发现添加 BMP4 的培养基能让鹅胚胎血液中的细胞持续生长出类似 PGCs 的悬浮细胞。在此基础上优化培养基，添加 FGF1、IGF1、视黄醇和胆固醇等成分，命名为 “Goose medium”。在该培养基中，鹅 PGCs 能增殖，雄性 PGCs 的增殖速度比雌性快，且鹅 PGCs 的体外倍增时间比鸡 PGCs 长。
多种因素对鹅 PGCs 增殖的影响：通过实验发现，Activin A 会抑制鹅 PGCs 的增殖，而 FGF 是其体外自我更新所必需的。同时，鹅 PGCs 的自我更新需要与表面基质相互作用，胆固醇对其增殖也至关重要，降低 CaCl?浓度能促进鹅 PGCs 生长。此外，研究还表明额外添加的 IGF1 对鹅 PGCs 自我更新并非必需。
不同鹅品种 PGCs 的培养：研究人员在不同研究机构，使用不同品种的鹅（匈牙利卷毛鹅）重复实验，成功建立了 PGCs 培养体系，这表明该培养方法具有一定的通用性。
基因表达分析：经研究，鹅 PGCs 表达许多与鸡 PGCs 类似的生殖细胞特异性基因和多能性基因，且 TGF-β 信号通路在鸡和鹅的 PGCs 中均有活性。同时，雄性和雌性鹅 PGCs 在转录水平上存在差异，有多个基因在两性中表达不同，这些基因与细胞黏附、信号转导等功能相关。
鹅 PGCs 的遗传修饰与迁移：研究人员利用 DNA 转座子对鹅 PGCs 进行稳定遗传修饰，使其携带荧光报告基因。修饰后的鹅 PGCs 能迁移到异种鸡的性腺中，证明了培养的禽类 PGCs 能有效定植到其他鸟类的胚胎性腺中。

研究结论和讨论部分指出，研究人员成功开发了一种无血清培养基，可支持鹅 PGCs 的长期体外自我更新，这是鸟类 PGCs 培养领域的重要突破。鹅 PGCs 的增殖特性与鸡存在差异，如 Activin A 对两者的作用不同，这为深入了解禽类 PGCs 的生物学特性提供了新视角。此外，虽然目前尚未确定鹅 PGCs 在异种宿主中能否形成功能性配子，但已有研究表明其他鸟类存在这种可能性，这为后续研究奠定了基础。该研究成果为超过 1400 种濒危鸟类遗传多样性的保存和低温保存提供了有效途径，在鸟类保护生物学领域具有重要的应用价值，有望推动濒危鸟类保护工作取得新进展。

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