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6月23日,上海交通大學(xué)魏延昌團(tuán)隊(duì)于《美國科學(xué)院院刊》(
PNAS)撰文稱:通過對來自兩只成年雄性小鼠的兩個精子細(xì)胞進(jìn)行表觀遺傳編輯,重編程精子DNA中的7個位點(diǎn),然后將其植入去核卵子,他們培育出了可育的“雙父”雄性小鼠。雙父雄鼠與雌鼠交配后均成功繁育后代,這些后代在體型、體重和外觀方面均表現(xiàn)正常。
需要指出,表觀遺傳編輯是確保胚胎能正常發(fā)育的關(guān)鍵步驟;而培育成功率還是極低的——在移植至雌鼠體內(nèi)的259個胚胎中,僅有兩只雄性后代存活至成年。
交大團(tuán)隊(duì)的此項(xiàng)成果是雙父小鼠成功繁育后代的首例。雖然該技術(shù)距離應(yīng)用于人類仍有很長的路要走,但也足以讓大家暢想:未來的人類社會,會否出現(xiàn)兩名男性共同生育子女的奇景?
相比雙母小鼠,培育雙父小鼠的難度大很多。
第一只可育的雙母小鼠“輝夜姬”(Kaguya)誕生于2004年。2022年,魏延昌與同事僅通過表觀遺傳編輯就成功培育出無父小鼠,并以相同方法獲得無母小鼠。
實(shí)現(xiàn)哺乳動物的雙親同性生育之所以被視作重大突破,關(guān)鍵在于所謂“基因組印記”(或稱“遺傳印記”)的現(xiàn)象,此現(xiàn)象與大多數(shù)動物具有兩套染色體(分別來自父母雙方)的特性密切相關(guān)。
在卵子和精子形成的過程中,染色體會被添加化學(xué)標(biāo)記,這些標(biāo)記負(fù)責(zé)調(diào)控基因表達(dá),使某些基因激活而另一些基因沉默——它們都屬于表觀遺傳層面的改變,并不左右DNA序列本身,但能在細(xì)胞分裂時(shí)傳遞,會帶給個體表型以持續(xù)終生且可遺傳的影響。
母源和父源染色體的表觀遺傳編程存在差異。比如,A基因在精子中被標(biāo)記為激活,在卵子中卻只能沉默,B基因在卵子中被標(biāo)記激活,換到精子中就沉默了。
這意味著,若使卵子內(nèi)的兩套染色體均為母源或均為父源,胚胎將無法正常發(fā)育,因?yàn)楸驹撛谝粚φH旧w中激活的基因可能雙雙沉默了,本應(yīng)單拷貝激活的基因卻雙拷貝同時(shí)表達(dá)。
以雙母小鼠輝夜姬為例,研究人員通過刪除部分基因使整體基因活性趨于正常。但培育雙父小鼠需要開展更多基因修飾,這也是為什么它的成功率遠(yuǎn)低于雙母小鼠。
根據(jù)2025年早些時(shí)候的報(bào)道,中國科學(xué)院動物研究所的李治琨團(tuán)隊(duì)通過20處基因修飾調(diào)控基因活性,成功培育出存活至成年的雙父小鼠,但它們并不完全健康也不具備生育能力。
另一方面,雖然通過基因修飾矯正基因活性有助于研究實(shí)驗(yàn)室動物的基因組印記現(xiàn)象,但對于人類而言,這種方法并不可用,尤其考慮到學(xué)界仍不明確改造生物體基因會造成哪些長遠(yuǎn)影響。
魏延昌等人設(shè)計(jì)的表觀遺傳編輯方法選用了通常用于基因編輯的CRISPR蛋白的修飾形式。與標(biāo)準(zhǔn)CRISPR蛋白類似,這些修飾蛋白能精準(zhǔn)定位基因組特定位點(diǎn);而不同于傳統(tǒng)基因編輯之處是,當(dāng)定位到目標(biāo)序列時(shí),修飾蛋白會通過添加或去除表觀遺傳標(biāo)記來調(diào)控基因表達(dá),而非直接改變DNA序列。
倫敦大學(xué)學(xué)院的海倫·奧尼爾(Helen O'Neill)評價(jià)稱:該項(xiàng)新研究是重大突破,證實(shí)了基因組印記是哺乳動物實(shí)現(xiàn)單性別雙親繁殖的主要障礙,也展示了克服此障礙的可能性。
西方社會的很多觀察人士認(rèn)為,由于不涉及常規(guī)的基因修飾,這種表觀遺傳編輯技術(shù)原則上可用于幫助同性伴侶獲得繼承自己基因的后代;但該技術(shù)若要真正用于人類,成功率必須大幅提升。
當(dāng)前成功率極低,由幾個關(guān)鍵因素決定。首先,結(jié)合兩個精子細(xì)胞,意味著1/4的胚胎會帶有兩條Y染色體,無法正常發(fā)育。其次,就魏延昌團(tuán)隊(duì)選定的7個重編程位點(diǎn)來說,要在全部靶點(diǎn)都成功實(shí)現(xiàn)表觀遺傳編輯的概率很低。再者,該技術(shù)在某些情況下還可能產(chǎn)生脫靶效應(yīng)。
通過增加表觀遺傳編輯的靶點(diǎn)數(shù)量,有望提高實(shí)驗(yàn)成功率和后代健康水平。但還有另一個問題,人類需要調(diào)控的基因組位點(diǎn)組合可能與小鼠大不同。如果公眾開始擔(dān)心倫理問題眼下大可不必。
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