在過(guò)去十年左右的時(shí)間里，科學(xué)家們已通過(guò)操縱印記基因組區域---在那里，DNA的表觀(guān)遺傳修飾將某些基因的表達限制在一個(gè)親本的拷貝中---培育出由兩只雌鼠作出遺傳貢獻的小鼠幼仔。

如今，在一項新的研究中，來(lái)自中國科學(xué)院動(dòng)物研究所、中國科學(xué)院干細胞與再生醫學(xué)創(chuàng )新研究院、中國科學(xué)院大學(xué)和東北農業(yè)大學(xué)的研究人員對之前通過(guò)利用兩只雌鼠培育出看似能夠正常生長(cháng)的小鼠（所產(chǎn)生的這些小鼠能夠活到有它們自己的幼仔）的研究進(jìn)行改進(jìn)。

他們采用一種類(lèi)似的策略構建出由兩只雄鼠產(chǎn)生的胚胎，不過(guò)它們的后代在出生后不能夠存活很長(cháng)時(shí)間。

相關(guān)研究結果于2018年10月11日在線(xiàn)發(fā)表在CellStemCell期刊上，論文標題為“GenerationofBimaternalandBipaternalMicefromHypomethylatedHaploidESCswithImprintingRegionDeletions”。

論文通信作者為中國科學(xué)院動(dòng)物研究所胡寶洋（Bao-YangHu）研究員、周琪（QiZhou）研究員和李偉（WeiLi）研究員。

荷蘭拉德堡德大學(xué)生物學(xué)家HendrikMarks（未參與這項研究）說(shuō)，“這基本上是首項研究表明你能夠利用兩只雄鼠產(chǎn)生小鼠后代。”

眾所周知，基因組印記是比較重要的，這是因為在此之前構建雙母本胚胎（bimaternalembryo，也稱(chēng)雙母親胚胎）和雙父本胚胎（bipaternalembryo，也稱(chēng)雙父親胚胎）是比較困難的。

他補充道，“但是如今[這些作者]實(shí)際上能夠產(chǎn)生這些小鼠，這是一個(gè)起點(diǎn)。你能夠開(kāi)始研究每個(gè)印記基因并探尋它是如何發(fā)揮作用的。”

2012年，中國科學(xué)院的周琪課題組和趙小陽(yáng)（Xiao-YangZhao）課題組通過(guò)將單個(gè)精子注射到?jīng)]有細胞核的卵子中而構建出具有正常染色體數量一半的小鼠胚胎干細胞（Nature,18October2012,doi:10.1038/nature11435）。

2013年，他們利用未受精的卵子構建出單倍體胚胎干細胞（CellResearch,2013,doi:10.1038/cr2013126）。

2015年，他們將孤雌單倍體胚胎干細胞（parthenogenetichaploidembryonicstemcell,phESC）注射到小鼠卵母細胞中，從而培育出由兩只雌鼠作出遺傳貢獻的小鼠后代，即雙母親小鼠（CellResearch,Publishedonline:18December2015,doi:10.1038/cr2015151）。

盡管所產(chǎn)生的小鼠后代能夠繁殖，但是它們總體上比野生型小鼠小。

在這項新的研究中，胡寶洋課題組、周琪課題組和李偉課題組想要對這種培育雙母親小鼠的方法加以改進(jìn)，利用它們的單倍體胚胎干細胞構建首批雙父親小鼠。

胡寶洋研究員在發(fā)送給《科學(xué)家》雜志的電子郵件中寫(xiě)道，“最大的挑戰是我們并不知道雙父本繁殖（bipaternalreproduction,也稱(chēng)雙父親繁殖，孤雄繁殖）”在小鼠中是否是可行的。

他補充道，“雙母本繁殖（bimaternalreproduction,也稱(chēng)雙母親繁殖，孤雌繁殖），在自然界的脊椎動(dòng)物中是很常見(jiàn)的，比如兩棲動(dòng)物，爬行動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)。"然而，由兩只雄性動(dòng)物成功地進(jìn)行繁殖是非常罕見(jiàn)的，僅在利用斑馬魚(yú)開(kāi)展的實(shí)驗室實(shí)驗中得到證實(shí)。

這些研究人員發(fā)現利用在兩個(gè)印記基因組區域中發(fā)生基因缺失的孤雌單倍體胚胎干細胞培育出的雙母親小鼠在行為測試中表現異常并且具有較小的身材。

為了讓它們更接近于正常的小鼠，他們隨后剔除了位于Rasgrf1基因上游的第三個(gè)長(cháng)12.1kb的印記基因組區域。

他們選擇Rasgrf1基因是因為它在野生型成年小鼠和雙母親成年小鼠的大腦中差異性地表達。

很顯然，他們的選擇是正確的。由此產(chǎn)生的雙母親小鼠后代正常地生長(cháng)，而且在行為測試中與對照小鼠沒(méi)有差別。

為了解決雙父親胚胎的問(wèn)題，這些研究人員回到了他們在2012年完成的那項研究（Nature,18October2012,doi:10.1038/nature11435）。

在那項研究中，他們通過(guò)將精子注射到?jīng)]有細胞核的卵子中而構建出孤雄單倍體胚胎干細胞（androgenetichaploidembryonicstemcell,ahESC）。

當他們將其中的一個(gè)孤雄單倍體胚胎干細胞和另一個(gè)精子插入到新鮮的沒(méi)有細胞核的卵子中時(shí)，胚胎發(fā)育開(kāi)始發(fā)生。但這些胚胎在第8天左右停止生長(cháng)，此后不久胎盤(pán)也停止生長(cháng)。

因此，這些研究人員轉向了一種稱(chēng)為四倍體胚胎互補（tetraploidcomplementation）的技術(shù)，這種技術(shù)促進(jìn)由胚胎干細胞產(chǎn)生的胚胎中的胎盤(pán)發(fā)育。

他們從雙父親胚胎中獲得二倍體胚胎干細胞，在讓這些二倍體胚胎干細胞長(cháng)成胚泡（blastocyst）后，他們將另一個(gè)孤雄單倍體胚胎干細胞注入胚泡中。即使采取了額外的步驟，這些研究人員也必須剔除7個(gè)之前已經(jīng)證實(shí)影響胚胎發(fā)育的印記基因組區域，才能成功培育出雙父親小鼠幼仔。

僅少剔除一個(gè)印記基因組區域就會(huì )導致所產(chǎn)生的雙父親小鼠幼仔在出生后因呼吸問(wèn)題而快速地死亡，它們在體重上是野生型小鼠幼仔的兩倍并且全身腫脹。

缺失這7個(gè)印記基因組區域的雙父親小鼠幼仔仍然比野生型小鼠幼仔略大，并且在出生后不久就死亡，不過(guò)其中的兩只雙父親小鼠幼仔的壽命超過(guò)48小時(shí)。

胡寶洋研究員告訴《科學(xué)家》雜志，“為了獲得活的雙父親小鼠，我們需要剔除6個(gè)以上的印記基因組區域，這意味著(zhù)與雙母親繁殖相比，雙父親繁殖需要克服更多的障礙。”

使用這些策略中的任何一種構建雙父親胚胎或雙母親胚胎都是低效的。

僅大約14%的嘗試產(chǎn)生了雙母親胚胎，僅2.5%的四倍體胚胎互補嘗試產(chǎn)生了缺失7個(gè)基因（即Nespas、Grb10、Igf2r、Snrpn、Kcnq1、Peg3和Gnas）的雙父親胚胎。

美國波士頓兒童醫院生物學(xué)家YiZhang（未參與這項研究）說(shuō)，“這篇論文的最為重要的部分是他們成功地培育出雙父親胚胎并且讓它們發(fā)育成型。”然而，鑒于存在效率低下、雙父親小鼠幼仔較短的壽命以及關(guān)于雙母親小鼠健康狀況的未知因素等問(wèn)題，他提醒道，這些研究人員的策略在人體中的“實(shí)際應用仍然很遠”。

如今，哺乳動(dòng)物孤雌生殖和孤雄生殖已在實(shí)驗室中獲得了成功。盡管存在著(zhù)上述提及的這些問(wèn)題，但是鑒于科學(xué)仍在不斷發(fā)展，我們有朝一日將能夠破解關(guān)于生命和人類(lèi)自身的奧秘。