奶牛只生母牛、母豬不生公豬、小雞都能長成母雞……這是農(nóng)場主們理想的世界。這樣的性別比例將避免他們殺死數(shù)以百萬計的不產(chǎn)蛋或奶的雄性動物。
如今，科學家正在逐步將上述理想變?yōu)楝F(xiàn)實。
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)展帶來潛在的好處，并且該技術可能在科學研究方面展現(xiàn)出更多優(yōu)勢。
“該研究展示了一種生產(chǎn)單性物種的最先進解決方案。”未參與該研究的以色列特拉維夫大學CRISPR專家Ehud Qimron說，這個研究結果“令人印象深刻”。
上述技術對實驗動物的影響可能是巨大的。“在過去5年里，大約有2.5萬篇以特定性別小鼠為對象進行研究的論文發(fā)表。”該研究合著者、英國弗朗西斯·克里克研究所分子遺傳學家James Turner說。
在實驗室中，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數(shù)十萬只。”Turner說。
除了基因編輯，還有其他改變新生動物性別比例的方法，比如，科學家可以根據(jù)性染色體的重量對精子進行分類，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改變性別的效率提升至100%，這是關鍵區(qū)別所在，即不會產(chǎn)生性別“錯誤”的后代。
Turner和同事Charlotte Douglas，與肯特大學的Peter Ellis合作，通過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基因的酶復合物，以及識別目標基因并將復合物引導至正確位置的“向導RNA”。
研究小組對CRISPR復合物的上述兩部分進行拆分，將酶復合物的基因放入一個親本中，向導RNA則放入另一個親本中。他們挑選了拓撲異構酶1(TOP1，細胞分裂的關鍵，抑制其活性會導致早期胚胎快速死亡)為靶點。
Douglas將靶向TOP 1的向導RNA基因插入雌性小鼠基因組，并將編碼CRISPR切割復合物的DNA連接到雄性小鼠的Y染色體上。這樣只有當帶有該Y染色體的精子使雌性卵子受精時，酶和向導RNA才會重新結合，從而形成產(chǎn)生雄性的X/Y組合。
當雄性胚胎只有幾十個細胞時，基因編輯開始發(fā)揮作用，可在胚胎有機會固植在母體子宮前將其殺死。這樣就不會有雄性幼崽誕生。當CRISPR復合物連接到雄性的X染色體上時，結果正好相反，所有的雌性胚胎都會被“消滅”。
該方法也讓母代小鼠活得更輕松，因為其需要維持的胚胎變少，留下的胚胎更有可能茁壯成長。
研究小組指出，許多動物身上都有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類和魚類在內的其他物種，甚至有助于瀕危物種的恢復。”未參與該研究的美國杰克遜實驗室分子遺傳學家Michael Wiles評價道。(徐銳)
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