哺乳動物孤雌生殖孤雄生殖獲成功
將對基因疾病研究產生潛在巨大影響
日前，中國科學院動物研究所胡寶洋研究員、周琪研究員和李偉研究員帶領的團隊合作，對單倍體胚胎幹細胞進行印記基因修飾，在對其進行複雜胚胎操作後，得到了世界上首隻雙父親來源的小鼠，以及性狀正常的雙母親小鼠。相關工作日前發表在國際學術期刊《細胞-幹細胞》上。地球生命在千百萬年的進化中，高等動物早已進化出了有性生殖這種更高級的生殖方式。那麼，科學家為什麼還要反其道而行之，去探索哺乳動物其他生殖方式的可能性？
突破哺乳動物有性生殖的「枷鎖」
自然界中，簡單的生命體，例如病毒和細菌，採用簡單的無性生殖方式；蜜蜂和螞蟻則採用孤雌繁殖方式——只要有蜂后或蟻后，就能保證種群的繁衍，一些低等動物，比如一些種類的蜥蜴、蛙和魚類，也有孤雌生殖現象。哺乳動物，則進化出了更高級的有性生殖方式。而為了保證這種生殖方式在競爭中處於不敗之地，大自然還給精子和卵子加了不可替換、不可逆轉的「鎖」——印記基因。
哺乳動物孤雌生殖、孤雄生殖研究的主要完成人之一、中國科學院動物研究所博士後王樂韻介紹，研究組採用基因編輯技術，重新修飾了小鼠生殖細胞來源的單倍體胚胎幹細胞中的印記基因，再經過一系列複雜的操作，最終分別獲得了以兩個雌性小鼠作為親本（孤雌生殖）和兩個雄性小鼠作為親本（孤雄生殖）的後代。
「孤雌生殖成功的實驗以前已有報導，但當時出生的小鼠只存活了幾天就死亡了。這次我們找到一個非常重要的精子印記基因Rasgrf1，在孤雌單倍體胚胎幹細胞中將這個基因敲除掉，我們獲得的孤雌個體基本與正常個體一樣的健康小鼠。」王樂韻說，接下來，科學家們將繼續關注孤雌小鼠後代的健康狀況，進行持續觀察和研究。
「而孤雄生殖是首次順利誕生，並實現了短期存活。」王樂韻介紹，孤雄生殖是一種更難實現的生殖方式，「因為相關研究還不多。」
王樂韻介紹，孤雄小鼠的產生需要刪除孤雄單倍體胚胎幹細胞中7個印記區段，遠多於孤雌小鼠出生所需敲除的數目。「據我們所知，這也是在小鼠中一次進行的數目最多的基因敲除操作。在此基礎上，進一步改善孤雄小鼠的健康狀況將具有較大的難度，但我們將持續研究下去。」
揭開生殖奧秘、探索基因疾病治療的方式
有性生殖在進化上是一種更高級的生殖方式。王樂韻介紹，相較低等動物（如卵生的魚類或爬行類），哺乳動物的生育資源更珍貴，不僅孕育過程耗費大量資源，而且懷胎時間長，子代數目少，分娩過程中母體甚至面臨死亡的風險。因此，每個後代都需要經歷更嚴格的挑選。有性生殖不僅確保了基因組的穩定性，又能通過基因重組推動物種的進化。王樂韻說：「這個過程如果過度依賴同性生殖（如孤雌生殖），將對種群基因的多樣性造成損失，丟失有利的突變，最終導致物種退化甚至滅絕。」
既然有性生殖方式更高級，那科學家們為什麼還要研究孤雌生殖或孤雄生殖？
中國科學院動物研究所所長、中國科學院院士周琪表示，這是一項重要的基礎研究。他說：「探索未知是科學的本質，科學研究就是探索未知的過程，是不斷增加人類對自身、對宇宙認識的過程。探索生殖的奧秘，有助於了解我們如何進化到今天、我們現有生殖方式的優劣、未來如何進一步克服我們自身面臨的困難。這是我們研究的主要意義所在。」
從應用角度而言，這對人類健康研究、特別是對基因疾病的研究，將有潛在的巨大影響。周琪介紹，之前的研究發現，這些印記基因與一些遺傳疾病有很高的相關度。王樂韻解釋：「哺乳動物同性生殖的成功，為我們提供了一種新的動物繁育手段，可以用來培育具有較高科研和醫學價值的純系動物。而我們在孤雌和孤雄小鼠中，針對不同印記區段所做的遺傳操作可以視作一種『修復』，能夠為未來臨床治療這些疾病提供極具價值的先期探索。」