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- 你是没妈的孩子 - 没错,但我有两个爸爸

图片:《两个爸爸》

能否通过将精细胞的细胞核移植到卵细胞中,实现「孤雄生殖」?

中国科普博览,我们科学家有话说

搞出来了……

当然,不是将精细胞的细胞核移植到卵细胞的细胞核中去,再进行受精作用这么简单。

突破性别枷锁!首只孤雄生殖鼠

中国科学院动物研究所胡宝洋研究员、周琪研究员和李伟研究员团队合作,通过对单倍体胚胎干细胞进行印记基因修饰并利用该细胞进行复杂胚胎操作的形式,得到了世界上首只双父亲来源的小鼠,以及性状正常的双母亲小鼠。相关工作于 10 月 11 日以长文的形式在国际学术期刊《细胞干细胞》(Cell stem cell)上发表。

  • 尝试用干细胞技术打造“人造精子”

经典的有性生殖规律中,要想孕育新的生命,有两个关键的要素。第一,要有两个只有一套染色体的细胞;第二,这两个细胞融合后产生的新细胞,还能分裂、分化出个体。

那离开精子和卵子,还能“生孩子”吗?

让我们试一下。

我们可以先解决第二个问题,说到能分裂、分化的细胞,当然要数干细胞了。

干细胞是一种未被赋予特定功能的细胞,既能够无限的传代,又可以分化为体内多种细胞,在再生医学领域具有广阔的应用前景。

但是普通的干细胞是有两套染色体的,如何产生只有一套染色体的干细胞,也就是“人造精子”和“人造卵子”呢?

科学家们首先尝试创造“人造精子”:

在实验室中,一颗小鼠的精子被注射到去除细胞核的卵子中,精子经历了卵子的重编程后华丽地变身为一种新型的干细胞—“孤雄单倍体干细胞”

研究发现,孤雄单倍体干细胞既保持了胚胎干细胞的多能性和分化潜能,又同精子一样仅具有 1 套染色体。更为神奇的是,科学家们利用孤雄单倍体干细胞成功地替代精子完成了卵母细胞受精的使命,繁育获得了后代。

  • 性别逆转

再进一步,单倍体干细胞能否“性别逆转”,实现孤雄单倍体干细胞和孤雌单倍体干细胞之间的转换呢?

可以!

不过,要真正实现性别的“逆转”可不容易。

哺乳动物在进化过程中,为了区分精子和卵子,在各自的基因位置上进化出类似于“锁”一样的印记基因,而要想性别的“逆转”,就要在印记基因上下功夫。

科学家们利用“基因编辑”技术改变了小鼠孤雌单倍体干细胞中两个被称为 H19 和 IG 的重要印记基因区域,这使得它们在基因形态上具有了精子的特征。

  • 孤雌生殖

经过了一系列“瞒天过海”的改造,来自雌鼠 A 的卵母细胞先被激活、之后完成了性别逆转,并被再次注射进来自雌鼠 B 的卵母细胞中。“她们”最终突破了性别的束缚,获得了爱的结晶,成功地发育成为由两个雌性小鼠作为亲本的后代,这就如同西游记中神奇的“女儿国之水”,不需要“御弟哥哥”,哺乳动物的孤雌生殖已经在实验室中成为了现实!

然而更多人的关注点在于这种来源的个体是否健康。

正如公众关心的一样,我们惊奇地发现,这种获得个体除了意外获得了长寿特性外,还存在生长速度缓慢,焦虑难安的精神问题。

为了获得健康的双母亲来源的个体,科学家又找到了一个新的精子来源的大锁——Rasgrf1,这把大锁一加,获得的孤雌个体就和正常个体无异。

  • 孤雄生殖

既然雌性之间的同性生殖已经被科学家攻克,那么雄性之间的同性生殖也不会远了

这一次,科学家试图寻找限制雄性单倍体干细胞的“枷锁”。

通过精确修饰孤雄单倍体干细胞上 6 个印记基因(Nespas,Grb10,Igf2r,Snrpn,Kcnq1,Peg3),并将其与另外一枚精子同时注射到小鼠去核卵中,经历多轮改造后,两枚精子来源的胚胎也成功获得了后代。

然而,这种个体存在很多健康问题并不能存活。

科学家将另外一个重要印记基因(Gnas)进行了精确修饰后,终于获得了更为正常、健康的双父亲小鼠,并实现了短期的存活。

如今,哺乳动物同性生殖已在实验室中获得了成功。

需要指出的是,比起“同性生殖”这样的字眼,这项研究在基因层面上对性别的深刻理解和有力掌控,更有意义。我们也会单开文章,讲述关于“印记基因”的故事。

科学仍在不断发展,相信终有一天,我们将解开关于生命和人类自身的奥秘。

视频制作:zuixinkexue 文章作者:王乐韵 李天达(中国科学院动物研究所)

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