数以百万年来，精子和卵子的结合被认为是高等动物新生命诞生的必经之路，同样维系着人类种族的繁衍。然而，来自中国科学院的科学家们正在探索生命形成的本质，人们心中固有的经典生殖规律可能会被打破

  突破  新研究让同性小鼠也能生育下一代

  由两只雄性小鼠基因结合产生的后代，第一次有机会呼吸这个世界的空气——虽然只有短短两天。

  中科院动物研究所的李伟课题组、周琪课题组和胡宝洋课题组联合在本月最新出版的国际学术期刊《细胞—干细胞》（Cell stem cell）上发表论文，宣布首次实现了哺乳动物的孤雄生殖。他们还成功培育出了双亲都是雌性的小鼠，而且它们健康生长到了成年，还能繁育下一代。

  在这项研究中，是利用基因编辑技术处理单倍体胚胎干细胞，才培育出双亲都是“母亲”或“父亲”的小鼠的。

  单倍体胚胎干细胞即指只含有一套染色体、但拥有类似于正常干细胞分裂和分化能力的细胞群。研究人员用基因编辑技术敲除了雌性小鼠单倍体胚胎干细胞的３个基因印记区，再注入另一个雌性小鼠的卵母细胞（卵细胞的前体）中，并诱导胚胎发育，最终从２１０个胚胎中培育出２９只健康小鼠。

  研究人员还利用类似方法培育出１２只“双父”小鼠，过程相对复杂。他们敲除了雄性小鼠单倍体胚胎干细胞的７个关键基因印记区，并将经过编辑的单倍体胚胎干细胞与另一只雄性小鼠的精子注入移除了细胞核的卵细胞中，并在代孕的雌性小鼠体内妊娠。不过，这些“双父”小鼠出生后仅存活了４８小时。

  “这项研究证明哺乳动物孤雄生殖的主要障碍正是印记基因，并且首次证实我们可以跨越这些障碍。”未参与这项研究的中科院北京基因组所研究员杨运桂说。

  解读

  印记基因为啥只支持异性恋

  在鱼类、两栖动物、爬行动物甚至鸟类的世界里，有时只靠一个超人妈妈就生出宝宝——这种现象叫“孤雌生殖”。但在哺乳动物的世界里，“阴阳调和”一直是生儿育女的不二法门。

  科学家早已发现，哺乳动物中普遍存在的印记基因，是一种为异性恋站台的强大封印。这些基因的存在，让孤雄和孤雌产生的胚胎根本活不到预产期。

  印记基因还很喜欢“攀高枝”，主要存在于哺乳动物和高等植物。就算在哺乳动物里，也主要集中在比较高等的真兽亚纲（有胎盘的哺乳类）中。而在较为原始、没有胎盘的鸭嘴兽、袋鼠等动物中，印记基因不是数量极少就是暂未发现。这又是为什么呢？

  对此，李伟说，目前学术界对这种现象还没有定论。有学者猜想，相比卵生的鱼类、爬行类等动物，胎盘类哺乳动物怀胎时间长、子代数目少，母体还会面临难产死亡等巨大的风险。因此优生优育对它们至关重要。

  如果哺乳动物过度依赖同性生殖，会造成种群基因多样性的损失，导致物种退化甚至灭绝。哺乳动物进化出异性恋的“死忠粉”——印记基因，可能正是为了避免同性生殖对有性生殖的竞争。

  科学家是怎样把“印记”洗掉的

  十多年前，日本东京农业大学的研究团队通过删除印记区，第一次得到了可以存活的孤雌生殖小鼠“辉夜姬”。这证明科学家有可能解除印记基因对同性生殖的“诅咒封印”。可惜人们很快发现，意外长寿的辉夜姬，不仅生长迟缓而且神经兮兮的，显然，这一种新方法还是受到了遗传规律的制约。

  这一次，中国的科研工作者决定另辟蹊径，尝试用单倍体干细胞技术来“清洗”印记。事实证明，干细胞技术不仅能改善孤雌生殖，还让之前难以想象的孤雄生殖成为可能。

  “我们运气真好。”论文第一作者、动物研究所博士后李治琨说，“基因组印记是一种DNA上的甲基化修饰。通常这种甲基化非常稳定，非常难以去除。”

  经过一系列复杂的操作和分析，他们惊喜地发现，这种单倍体干细胞展现出了比未成熟卵更完全的、跟原始生殖细胞相似的 “无印记状态”，这也是实验最终成功的基础。

  可是，在小鼠的基因组中有20多个印记基因，究竟该把哪些删除掉呢？“实验开始时，这些都是完全未知的。”李伟说。

  研究人员首先尝试改善孤雌生殖。除了日本科学家删除过的两个印记基因外，他们又通过筛选比对敲定了第3个需要删除的位点，得到了跟正常小鼠几乎一样的孤雌生殖小鼠。

  至于孤雄生殖的小鼠，那就全凭摸索了。

  “我们的想法一开始很简单，就是挑选那些文献中最常提到的、跟疾病关系最密切的基因。”李治琨说。

  幸运再一次降临了。在删除掉第7个印记基因后，部分胚胎经过19天的孕育，顺利从代孕妈妈的子宫中降临人世。

  展望

  修复异常印记有望能治病

  研究人员说，这一新方法开创了研究基因印记的新技术，发现了阻碍同性双亲小鼠发育的关键印记区，对研究动物克隆以及与基因印记相关的疾病都具有相当重要的意义。

  已发现的印记基因中，有很多与严重的人类疾病相关，包括精神类疾病（某些自闭症）、代谢类疾病（BWS综合征等），生长发育异常（小胖威利综合征等），这类疾病统称为“单亲二倍化疾病”。由于印记基因数目众多，单亲二倍化疾病的患者也为数不少。

  “在病人体内修复这些异常的印记区段，有可能具有治疗效果。”李伟说，“理论上，孤雌和孤雄小鼠集中了多种可能的单亲二倍化异常，而我们的敲除操作可以被视为一种‘修复’。我们希望这项研究可以提供一个操作平台，来筛选出对更多印记区段进行修复的初步方法。”

  提醒

  实际应用仍有诸多障碍且风险太大

  专家表示，这一技术应用于其他哺乳动物仍有诸多障碍，因为每个物种都有独特的印记基因。

  与试管婴儿技术相似，这项技术也是把来自两个个体的生殖细胞在体外融合后，再把得到的早期胚胎移植进雌性的子宫中。只不过，科学家经过大胆的探索，让传统有性生殖的精卵结合，可以被“卵卵结合”甚至“精精结合”所取代。

  “虽然从理论上讲，这意味着同一性别的两个人也可能拥有携带双方基因的后代，但目前看来风险太大了。”李治琨说，“从当前的小鼠实验数据来看，孤雌生殖的成功率在10%至20%，孤雄生殖只有2%，而且只能存活很短时间。这个成功率在临床上是不可能被接受的。”

   （本报综合）