干细胞+基因编辑=哺乳动物同性繁殖

中国科学院的研究人员培育出了有两个妈妈的健康小鼠（小鼠可以拥有自己的正常后代），同时，有两个爸爸的小鼠也出生了，但只存活了几天，研究发表在10月11日的《Cell Stem Cell》。同性动物产生后代如此具有挑战性，这项研究指出，利用干细胞和有针对性的基因编辑可以克服这些障碍。　　

“我们对哺乳动物为什么只能进行有性繁殖问题很感兴趣，过去的结合生殖和再生研究已经取得了一些发现，所以，我们试图找出带有基因缺陷的单倍体胚胎干细胞是否能生产出更多具有两个雌性亲代，甚至两个雄性亲代的正常小鼠，”文章共同通讯作者周琪研究员说。

一些爬行动物、两栖动物和鱼类的同性亲本可以繁殖，但是，哺乳动物即使借助体外受精技术也很难做到这一点，这仍然是一种挑战。

在哺乳动物中，由于某些母系或父系基因在生殖细胞发育过程中被一种叫做“基因组印迹（genomic imprinting）”的机制切断，所以后代未同时从母系和父系接收遗传物质的，就可能经历发育异常或无法存活。

通过删除未成熟卵中这些印迹基因，之前报道，研究人员已经培育出了有两个妈妈的双母小鼠（bimaternal mice）。“然而，这些小鼠仍然显示出缺陷特征，而且方法本身也非常不实际并且难用，”周研究员说。

为了生产健康的双母小鼠，周研究员和共同通讯作者李伟研究员、胡宝洋研究员和同事们使用单倍体胚胎干细胞（ESCs），这种细胞只含有一半正常数目的染色体，其DNA仅来自一个亲本。研究人员认为这是新研究取得成功的关键。他们通过删除一只母鼠ESCs的基因组的三个印迹区域，然后将细胞注射入另一只母鼠卵子中，210个胚胎，最终成活29只小鼠，这些小鼠都活到成年并有了自己的健康小鼠后代。

单倍体ESCs的一个优点是，在有问题的基因被敲除之前，它们也较少包含最终导致母系或父系特异性印迹编程的基因表达。“我们在这项研究中发现，单倍体ESCs更类似原始生殖细胞，即卵子和精子的前体，基因组印迹在这些细胞中被擦除了，”胡研究员说。

双父小鼠的操作程序是类似的，但是更为复杂。仅含父本DNA的单倍体胚胎干细胞被删除了7个关键印迹区域，编辑后的单倍体ESCs与另一只雄性小鼠的精子混合后注射到一个去核卵细胞中（雌性遗传物质也被一并去除），这就形成了只含有两个父亲基因组DNA的胚胎，这些胚胎连同胎盘材料被转移到代孕母鼠体内，最终产生了12只足月的活后代。

双父幼鼠出生后只存活了48小时，研究人员正计划改进操作过程，以便双父小鼠能够活到成年。

事实上，早在2011年已经取得了类似结果，这种方法是依靠由第一个父亲的干细胞直接生产雌性中间体与第二个父亲交配，虽然该方法避开了基因组印迹问题，但如果将其用于人类，则存在伦理和实践障碍。

李研究员指出，他们的新方法在其他哺乳动物上仍存在障碍，包括需要识别每个物种特有的（需被删除的）印迹基因，以及后代是否能够存活或经历严重异常等情况。但是他们希望有机会在其他动物身上探索这些技术。

“这项研究是一个前瞻性的可能性探讨，”他说。“我们看到，双母小鼠的缺陷可被消除，双亲生殖障碍的哺乳动物可以经受印迹修饰。我们还揭示了一些阻碍同性父/母小鼠发育的重要印迹区，这些区域对研究基因组印迹和动物克隆也很有趣。”

原文检索：Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region Deletions