中国科学院的研究人员能够与两位母老鼠一起生出了健康的老鼠，这些雌性老鼠能够正常繁育后代。来自两个雄性的小鼠也出生了，但只存活了几天。这项研究于10月11日发表在“ 细胞干细胞 ”杂志上，着眼于对同性别动物产生后代的挑战，并提出使用干细胞和靶向基因编辑可以克服其中一些障碍。
“我们对为什么哺乳动物只能进行有性生殖这一问题感兴趣。过去我们通过结合繁殖和再生做了几个发现，所以我们试图找出有两个女性父母的正常老鼠，甚至是两只老鼠的正常老鼠。男性父母可以使用具有基因缺失的单倍体胚胎干细胞来生产，“共同资深作者齐周说。
虽然一些爬行动物，两栖动物和鱼类可以由同性父母可以繁殖，但即使在受精技术的帮助下，哺乳动物也很难做到。在哺乳动物中，由于某些母系或父系基因在种系发育期间通过称为基因组印记的机制被关闭，不接受同一母亲或父亲的可能导致后代发育异常或可能不可行的遗传物质。通过从未成熟卵中删除这些印迹基因，研究人员过去曾发繁殖过两只雌性小鼠 合成的 小鼠。“然而，生成的老鼠仍然显示出有缺陷的特征，而且这种方法本身非常不实用且难以使用，”周说。
为了生产健康的同性父母的小鼠，周高，共同资深作者Baoyang Hu，共同资深作者Wei Li和他们的同事使用了单倍体胚胎干细胞（ESCs），它含有正常数量的染色体和DNA的仅来自一方，研究人员认为这是他们成功的关键。研究人员通过从含有雌性亲本DNA的单倍体胚胎干细胞中删除基因组的三个印记区域并将其注射到另一只雌性小鼠的卵子中，与两位雌性老鼠一起生出了小鼠。他们从210个胚胎中生出了29只活的老鼠。老鼠是正常的，活到成年，并可以正常繁育。
使用单倍体胚胎干细胞的一个优点是，即使在有问题的基因被敲除之前，它们也包含较少的印记程序，最终导致母体或父本特异性基因被表达。“我们在这项研究中发现单倍体胚胎干细胞与原始生殖细胞更相似，它是卵子和精子的前体。配子中发现的基因组印记被’擦除’，”胡说。
使用类似但更复杂的程序生产了12只具有两个遗传父亲的活的足月小鼠。仅含有雄性亲本DNA的单倍体胚胎干细胞被修饰以删除七个关键的印迹区域。然后将编辑的单倍体胚胎干细胞与来自另一只雄性小鼠的精子一起注射到具有其细胞核的移除其雌性遗传物质卵细胞中，这产生了仅含有来自两个雄性亲本的基因组DNA的胚胎。这些胚胎与胎盘材料一起转移到代孕母亲身上抚育。这些幼仔在出生后48小时内存活，但研究人员正计划改进这一过程，以使同性父母的小鼠活到成年。2011年取得了类似的结果，但使用的方法依赖于从第一个雄性的干细胞产生与第二个雄性交配的雌性中间人。这种方法回避了基因组印记的问题，但如果要将此技术用于人类，则会出现道德和实际障碍。
李指出，在其他哺乳动物中使用这些方法仍然存在障碍，包括需要识别每个物种独有的有问题的印迹基因以及对无法存活或经历严重异常的后代的关注。然而，他们希望将来在其他研究动物中探索这些技术。
“这项研究告诉我们什么是可能的，”他说。“我们看到了双胞胎小鼠的缺陷可以被消除，哺乳动物的双侧生殖障碍也可以通过印记修饰来克服。我们还揭示了一些最重要的印记区域，这些区域阻碍了同性父母的发育，这是对研究基因组印记和动物克隆也很有意思。“
来源：Cell Press