陳根：敲除印記基因，單獨的雌性也能繁殖_風聞

文/陳根

眾所周知，哺乳動物是有性生殖的動物，需要經過交配，精子和卵子進行結合才可以生衍繁殖，當然，自然界中還存在除了有性生殖以外的生殖方式，比如孤雌生殖，即****卵在不經過受精的情況下也能發育為正常的個體，也就是不需要雄性個體參與，單獨的雌性就可以實現繁殖。

事實上，孤雌生殖在自然界中並不算少見，甚至在脊椎動物中也有許多，蜥蜴、青蛙和魚類都可進行孤雌生殖，現在，基於基因編輯，來自上海交通大學醫學院附屬濟仁醫院等單位在小鼠身上也實現了孤雌生殖。研究人員用單個卵細胞創造出了****健康的小鼠。生下來的小鼠不僅活到了成年，還有了自己的後代。

具體來看，實驗的關鍵來自於小鼠體內的印記基因。要知道，高等動物，進行有性生殖的一個重要原因，就是保證基因多樣性，**因此，哺乳動物還專門進化出可以區分精子和卵細胞的基因組，叫做印記基因（genomic imprinting）。**這些基因會在正常受精過程中讓受精卵的某些等位基因一個表達而另一個沉默。

有些基因只有來自父親的等位基因表達，有些則只有來自母親的等位基因表達，也就是所謂的基因組印記，這種基因組印記是通過表觀遺傳學的甲基化實現的，基因組印記的存在，阻礙了孤雌生殖的實現。從進化的角度講，印記基因是精子和卵子的基因互相博弈的結果，以求達到一種微妙的平衡。

因此，想要實現僅需單個卵細胞就創造出健康小鼠的一個最直白的方法，就是敲除小鼠的印記基因。具體原理，就是利用甲基化酶和去甲基化酶，來讓DNA中的某些基因表達，另一些基因沉默。究其原因，基因的甲基化能影響轉錄過程，使得基因沉默。如果能完成這些基因的甲基化或去甲基化，就能讓卵細胞模擬出接受精子後的正常受精狀態。

**為此，研究****團隊最終在未減數分裂的卵母細胞中確定了7個需要被表達或沉默的基因，其中2個是父系印記基因，5個是母系印記基因。**其中，2個父系基因組印記H19和Gtl2在表達時，會出現抑制代謝活動、不生成蛋白質，從而讓胚胎無法正常發育。

因此，研究團隊使用CRISPR-dCas9通過Dnmt3a甲基化酶，將這兩個基因的控制區域進行了甲基化。而5個母系基因組印記控制區域Igf2r、Snrpn、Kcnq1ot1、Nespas和Peg10如果不表達，則會出現胚胎致死、或是嚴重影響其發育。因此，研究人員又使用CRISPR-dCpf1通過Tet1去甲基化酶，實現了這5個基因控制區域的去甲基化。

在實驗中，研究人員構建出了389個孤雌胚胎。經過人工激活，其中227個為可培育的重構卵母細胞。在體外培養後，有192個卵母細胞是可以正常發育到囊胚期，即胚泡。然後再將這些胚泡轉移到了14只雌性小鼠體內。

最終，共產下了3只幼崽，其中2只體重過低，並表現出生長遲緩的跡象，在出生後24小時內死亡。剩下1只幼崽體重正常，成功長到了成年期，還能正常繁殖後代，並且其體內的原發性印記障礙也不會遺傳給下一代。

研究團隊認為，這項研究結果表明，可以通過對多個關鍵基因組印記控制區域的表觀遺傳重寫來實動物的孤雌生殖。雖然這類研究着眼於單性生殖，但這也驗證了基因編輯的巨大潛力，也為農業、科研和醫學研究開闢了新的道路。