這些小鼠被基因改造成只孕育單性后代。圖片來源：THE FRANCIS CRICK INSTITUTE
奶牛只生母牛、母豬不生公豬、小雞都能長成母雞……這是農場主們理想的世界。這樣的性別比例將避免他們殺死數以百萬計的不產蛋或奶的雄性動物。
如今，科學家正在逐步將上述理想變為現實。
在12月3日發表于《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。這可為農業發展帶來潛在的好處，并且該技術可能在科學研究方面展現出更多優勢。
“該研究展示了一種生產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%，這是關鍵區別所在，即不會產生性別“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）
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-021-27227-2
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