单倍体一定不能繁殖吗,八倍体的单倍体植株可育吗

首页 > 农林牧渔 > 作者:YD1662024-02-14 08:28:07

只有母亲,没有父亲的小鼠发育一切正常,自己也成功产下了后代(图片来源:Leyun Wang,中国科学院动物研究所)

眼看着小鼠的孤雌生殖技术平步青云,人们不由发问,既然孤“雌”有了,“孤雄”哺乳动物啥时候出生呢?

双雄争孤雄

当然了,之前并不是没人想过去实现哺乳动物的“孤雄繁殖”,只是“孤雄”比“孤雌”更难做到。雌性天生有卵子,所以能在出生后就获取,而雄性只有性成熟后才会产生精子(此时均为打上“印记”的精子了),所以不能复制友广在雌鼠上的操作方案。

而这个“巧妇难为无米之炊”的难题,在单倍体胚胎干细胞被发现之后才有了新的进展——当彭宁格与武兹的成果刚一公布,李劲松的研究团队就马上想到,既然有办法让卵子直接发育产生成孤雌单倍体胚胎干细胞,那么如果我把卵细胞核去掉后往里面放一枚精子,不就能拿到孤雄单倍体胚胎干细胞了么?

通过向去核卵细胞注入精子来建立孤雄胚胎干细胞系。图片来源:参考资料7,鬼谷藏龙编译

不过与此同时,另一个实验室也想到了这一点,那就是中国北京动物所的周琪实验室。

李劲松和周琪的课题组,研究方向大同小异,在业界也可谓一时瑜亮,遇到这个炙手可热的项目后,两组人马几乎是在同一时间用完全相同的思路开启了完全相同的课题。

在这一轮较量中先拔头筹的是李劲松实验室,他们仅仅用了半年就率先制出了小鼠孤雄单倍体胚胎干细胞[7],周琪实验室则过了几个月才迎头赶上[8]。

单倍体一定不能繁殖吗,八倍体的单倍体植株可育吗(5)

李劲松(左)与周琪(右)都是国内最顶尖的胚胎干细胞专家之一。图片来源:生化细胞所与动物所官网

不出所料,这些孤雄单倍体胚胎干细胞保持着精子的“印迹”,在合适的条件下,孤雄单倍体胚胎干细胞完全可以像精子那样,让卵子受精并正常发育[7,8]。而且,和之前的孤雌单倍体的情况一样,孤雄单倍体胚胎干细胞在培养一段时间后,其“雄性印记”也会逐渐退化,使其变成“微弱的”雄性。

单倍体一定不能繁殖吗,八倍体的单倍体植株可育吗(6)

孤雄单倍体胚胎干细胞可以像精子一样给卵子受精,产生后代。图片来源:参考资料7,鬼谷藏龙编译

周琪实验室已然连败两局,唯一扳回一城的希望就是在孤雄小鼠上面抢得先机了。

孤雄小鼠:近在咫尺尚未及

如果说孤雌小鼠好歹还有友广川野的先例可以参考,那么孤雄小鼠就是纯粹的从头摸索了。

理论上来说,将孤雌小鼠的方案“反过来”,删掉孤雄单倍体胚胎干细胞里面的一些雄性印记基因,使之“雌性化”,然后将这样的细胞和精子一起注射到去核的卵子当中,应该就能生出孤雄小鼠来了。话虽没错,但实际操作起来往往就是另一回事了。

在之前的研究中,研究人员都发现,孤雌小鼠毕竟其“雄性印记”比较弱势,所以经常会出现发育迟缓、体型瘦小等问题,与此同时,这些小鼠会意外的长寿。

单倍体一定不能繁殖吗,八倍体的单倍体植株可育吗(7)

发育不良(右侧两只)是孤雌小鼠经常遇到的问题。图片来源:参考文献[3]

周琪的研究团队首先想要试试看能不能解决这个问题,这样也好给未来制作孤雄小鼠积攒一些技术经验。他们在友广删除两个印记基因的方案基础上设计了一种删除三个印记基因的策略,终于得到了比较正常孤雌小鼠[10]。

那么,获取孤雄小鼠又需要删除几个印记基因呢?周琪团队发现,删除了六个印记基因后,移植到代孕母亲子宫内的胚胎中也只有1.2%的孤雄小鼠能够发育到足月,且生出来的只是一个外形极不正常的畸形死胎。

与孤雌小鼠恰好相反,孤雄小鼠幼崽表现出了一系列发育过度的问题——有的小鼠肿胀成了一个肉球,有的内脏跑到了体外,还有一些则在胚胎时期就睁开了眼睛(因为眼球过大把眼皮给“撑”开了)。

单倍体一定不能繁殖吗,八倍体的单倍体植株可育吗(8)

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