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讓睾丸產生另一個父親的精子:“ Xi Daddy”技術可以繁殖出更好的後代



最新的研究首先通過基因編輯使動物不育,然後移植精原細胞,使它們產生的精子僅攜帶供體動物的優良基因。如果這項技術能夠被應用,它將極大地幫助畜牧業。

華盛頓大學生殖生物學家喬恩·奧特利(Jon Oatley)正在餵食

華盛頓大學的生殖生物學家喬恩·奧特利(Jon Oatley)正在餵養山羊的“代父”。 圖片來源:華盛頓州立大學的Bob Hubner

科學家們首次成功地將豬,羊和牛變成了“代父”。 這些動物產生的精子不攜帶自己的基因,而僅攜帶供體動物的遺傳信息。 這項技術突破發表在9月14日的《美國國家科學院院刊》(美國國家科學院院刊)。

由華盛頓州立大學生殖生物學家喬恩·奧特利(Jon Oatley)領導的研究小組,使用基因編輯技術CRISPR-Cas9去除了“代孕公母”胚胎中負責男性生育力的基因片段。 這些替代物在出生後顯示出不育,並且在研究團隊對其睾丸進行幹細胞移植後,他們開始產生精子。 測試發現,代孕父親所產生的精子僅顯示出乾細胞供體的遺傳特徵。 這項研究中的基因編輯技術針對物種的自然缺陷,例如不育。

該研究歷時6年,由華盛頓州立大學,猶他州立大學,馬里蘭大學和英國愛丁堡大學羅斯林研究所的研究人員完成。 研究團隊使用CRISPR-Cas9繁殖缺失 NANOS2 遺傳小鼠,豬,山羊和牛。NANOS2 它與男性的生育能力有關。 缺少該基因的雄性動物可以健康成長,但會表現出不育特性。 因此,在從其他動物植入精原細胞(即產生精子的干細胞)後,這些生物體便開始從供體細胞產生精子。

研究證實,這種替代物可以產生活躍的供體精子。 小鼠父母提供的帶有精子的後代攜帶供體小鼠的基因。 其他大型動物尚未完成繁殖。 Oatley實驗室正在改進乾細胞移植程序,以進行下一步研究。

這項技術將有助於提高具有優良性狀的牲畜的繁殖速度,提高糧食生產水平,並使它們適應不斷增長的世界人口。 此外,通過這項技術,邊遠地區的育種者可以更容易地從其他地區的優良種群中獲得遺傳材料; 該技術還有助於準確繁殖難以人工授精的生物(例如山羊)。 奧特利說:“通過這項技術,我們可以更好地繁殖具有優良特性的牲畜,從而提高糧食生產效率。這可能對解決全球糧食安全問題產生巨大影響。從遺傳水平上改善育種問題可能意味著:未來,畜牧業可能會減少水,食物和抗生素的消耗。”

羅斯林研究所(Roslin Institute)的布魯斯·懷特勞(Bruce Whitelaw)教授認為,這項研究很好地證明了這一概念:“這項研究向世界證明了這項技術的真實性和實用性。我們的下一個目標是探索如何更好地利用這項技術,以期滿足不斷增長的世界人口的糧食需求。”

畜牧業研究的最新進展

長期以來,科學家一直在探索培養“代父”的新方法。 這是因為在畜牧業中使用的傳統技術,例如選擇和人工授精,要求物種更接近或嚴格控制生長周期,並且在許多情況下都受到這兩個因素的限制。

人工授精技術在奶牛育種中更為普遍。 這是因為奶牛通常會被圈養,因此其繁殖行為相對容易控制。 但是對於需要漫步並吃草的肉牛來說,這種方法很難應用。 對於豬來說,該技術的困難在於豬的精子不能長時間保持活躍,而人工授精則需要確保受精豬在近距離內。 在山羊上進行人工授精比較困難,這需要對山羊進行手術。

“代父”技術通過自然繁殖解決了上述問題。 農民和牧民不需要限制牲畜的自然活動,也不需要將供體動物和“代孕”帶到同一地點,因為可以將冷凍的供體精子或代孕精運送到不同的地方。 此外,NANOS2 失踪的雌性仍然能夠繁殖-該基因僅影響男性的生育能力,而NANOS2 失踪的雄性動物可以成為新的“代父”。

變成了牛的牛

這頭牛被變成了“代父”。 圖片來源:華盛頓州立大學的Bob Hubner

猶他州立大學的伊琳娜·波列亞耶娃(Irina Polejaeva)說,由於許多地區的牧民還依靠選擇性育種來改善牲畜的性狀,因此使用這項技術可能會加速發展中國家糧食生產的增長。 波爾耶耶娃說:“在許多發展中國家,山羊仍然是蛋白質的主要來源。” “這項技術可以加速具有優良特性的山羊的繁殖,例如抗病性,耐高溫性或更好的肉質。”

“代父”技術也為保護瀕危物種的遺傳信息提供了一條新途徑。 人口數量的減少通常會導致社區之間的地理隔離,從而限制了人口內部的遺傳多樣性。

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申請推廣仍受限制

但是,如果當前的政府控制和公眾觀念不變,則上述替代技術的所有好處將無法實現。

儘管該技術已經足夠成熟,可以商用,但是當前的全球法律體係不允許應用基因編輯替代技術,即使替代父母的後代將不受基因編輯的限制。 Oatley認為,這種現狀部分是由於公眾對基因編輯等同於有爭議的轉基因技術的誤解。 基因編輯是指改變單個物種的自然特徵,而不是組合不同物種的DNA。

Oatley還意識到,要順利推廣這項技術,他仍然需要在實驗室外完成很多工作。 他最近加入了國家畜牧業基因編輯工作組,該組織匯集了研究人員,行業代表,生物倫理學家和決策者,以促進該技術的實施。

Oatley說:“即使科學已經完全成熟,這種方法在世界任何地方的牲畜育種中應用的速度仍然受到社會認可和政策的影響。” “通過與決策者和公眾合作,我們可以向公眾提供更多信息,以證明該技術不會帶來與其他方法類似的風險。”