這些小鼠被基因改造成只孕育單性后代。圖片來(lái)源：THE FRANCIS CRICK INSTITUTE

奶牛只生母牛、母豬不生公豬、小雞都能長(zhǎng)成母雞……這是農(nóng)場(chǎng)主們理想的世界。這樣的性別比例將避免他們殺死數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的不產(chǎn)蛋或奶的雄性動(dòng)物。

如今，科學(xué)家正在逐步將上述理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

在12月3日發(fā)表于《自然—通訊》的研究中，研究人員利用基因編輯器CRISPR孕育出了一窩性別相同的小鼠。這可為農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)潛在的好處，并且該技術(shù)可能在科學(xué)研究方面展現(xiàn)出更多優(yōu)勢(shì)。

“該研究展示了一種生產(chǎn)單性物種的最先進(jìn)解決方案。”未參與該研究的以色列特拉維夫大學(xué)CRISPR專(zhuān)家Ehud Qimron說(shuō)，這個(gè)研究結(jié)果“令人印象深刻”。

上述技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的影響可能是巨大的?！霸谶^(guò)去5年里，大約有2.5萬(wàn)篇以特定性別小鼠為對(duì)象進(jìn)行研究的論文發(fā)表?！痹撗芯亢现摺⒂?guó)弗朗西斯·克里克研究所分子遺傳學(xué)家James Turner說(shuō)。

在實(shí)驗(yàn)室中，一些生殖組織的研究只需要單一性別的小鼠，某些激素和癌癥研究也只需要一種性別。因此，發(fā)展單一性別的孕育方法至關(guān)重要。

“如果我們能夠避免小鼠子代性別未知，那么被挽救生命的小鼠將達(dá)數(shù)十萬(wàn)只?！盩urner說(shuō)。

除了基因編輯，還有其他改變新生動(dòng)物性別比例的方法，比如，科學(xué)家可以根據(jù)性染色體的重量對(duì)精子進(jìn)行分類(lèi)，還可以使一種性別的胚胎在出生前死亡。

兩年前，研究人員利用CRISPR成功改變小鼠性別，其5窩子代中有4窩都是雌性。而最新研究則將該技術(shù)改變性別的效率提升至100%，這是關(guān)鍵區(qū)別所在，即不會(huì)產(chǎn)生性別“錯(cuò)誤”的后代。

Turner和同事Charlotte Douglas，與肯特大學(xué)的Peter Ellis合作，通過(guò)CRISPR生產(chǎn)了單一性別子代小鼠。CRISPR由兩部分組成：物理破壞基因組中目標(biāo)基因的酶復(fù)合物，以及識(shí)別目標(biāo)基因并將復(fù)合物引導(dǎo)至正確位置的“向?qū)NA”。

研究小組對(duì)CRISPR復(fù)合物的上述兩部分進(jìn)行拆分，將酶復(fù)合物的基因放入一個(gè)親本中，向?qū)NA則放入另一個(gè)親本中。他們挑選了拓?fù)洚悩?gòu)酶1（TOP1，細(xì)胞分裂的關(guān)鍵，抑制其活性會(huì)導(dǎo)致早期胚胎快速死亡）為靶點(diǎn)。

Douglas將靶向TOP 1的向?qū)NA基因插入雌性小鼠基因組，并將編碼CRISPR切割復(fù)合物的DNA連接到雄性小鼠的Y染色體上。這樣只有當(dāng)帶有該Y染色體的精子使雌性卵子受精時(shí)，酶和向?qū)NA才會(huì)重新結(jié)合，從而形成產(chǎn)生雄性的X/Y組合。

當(dāng)雄性胚胎只有幾十個(gè)細(xì)胞時(shí)，基因編輯開(kāi)始發(fā)揮作用，可在胚胎有機(jī)會(huì)固植在母體子宮前將其殺死。這樣就不會(huì)有雄性幼崽誕生。當(dāng)CRISPR復(fù)合物連接到雄性的X染色體上時(shí)，結(jié)果正好相反，所有的雌性胚胎都會(huì)被“消滅”。

該方法也讓母代小鼠活得更輕松，因?yàn)槠湫枰S持的胚胎變少，留下的胚胎更有可能茁壯成長(zhǎng)。

研究小組指出，許多動(dòng)物身上都有TOP 1，因此該方法可能不僅適用于小鼠。

“這種方法似乎可以推廣到包括鳥(niǎo)類(lèi)和魚(yú)類(lèi)在內(nèi)的其他物種，甚至有助于瀕危物種的恢復(fù)。”未參與該研究的美國(guó)杰克遜實(shí)驗(yàn)室分子遺傳學(xué)家Michael Wiles評(píng)價(jià)道。（徐銳）

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-021-27227-2