精子在不受精的情况下也能产后代？如今科学家得出了肯定的回答，他们利用非卵细胞成功创造了胚胎，并且能生育后代。这意味着，也许有一天我们可以利用其它类型的细胞来创建胚胎，例如体细胞、皮肤细胞等。该研究也颠覆了传统的哺乳动物生育观。





    当精子与卵子受精时，会发生许多染色体和DNA的改变事件，这种改变也被称为重编程。几个世纪以来，科学家们认为只有卵子能影响精子的重编程过程。然而，近日发表在《Nature  Communications》杂志上的新研究首次利用非卵细胞成功创造了胚胎，且这种胚胎能生育出健康的且具有生育力的后代。







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​精子在不受精的情况下也能产后代



     研究人员以孤雌胚胎作为研究起点——在缺少雄性配子基因组的情况下直接激活有减数分裂Ⅱ期卵子能够形成孤雌囊胚。尽管未受精，发生减数分裂的卵母细胞可通过化学诱导而进行正常的细胞分裂。



    在化学诱导13小时后（在该时间段，细胞进行DNA复制以及为第一次细胞分裂做准备），研究人员利用卵胞浆内单精子注射技术（ICSI）将精子注射到卵母细胞中，它们均包含一个单倍体基因组，随着细胞周期的发展，胚胎分裂成两个细胞。



     染色体在这两个细胞之间有多种可能的分配方式。研究人员选取了一个两细胞的胚胎，在这个胚胎中，其中一个细胞的染色体有一半来自卵母细胞一半来自精子，这也是最具有生存机会的细胞。随后研究人员摧毁了该胚胎中的另外一个细胞，通过这种方式创建的胚胎被称为phICSI。



    此外，研究人员在减数分裂中期II时通过ICSI将精子注射到卵母细胞中，这也是受精时通常发生的过程，以此创建的胚胎作为对照组，并称为ICSI胚胎。在两细胞时期，研究人员摧毁每个ICSI胚胎中的一个细胞。



    接下来，研究人员将phICSI和ICSI胚胎植入到假孕雌鼠体内。结果发现，phICSI胚胎组能存活的有10.4%，而ICSI胚胎组中有43.4%的存活率。研究人员还在化学诱导7小时和10小时后将精子注射到卵母细胞中，但发现生成的胚胎存活率要小得多。



   首次表明，通过不同的表观遗传学途径来获得后代。







  除了观察生存能力，研究人员还研究了 phICSI  胚胎组和ICSI胚胎组中染色质的重组方式。精子重编程的步骤之一是将精子DNA中缠绕着的卵子组蛋白替换成精蛋白。研究人员发现，phICSI  胚胎组能正常进行组蛋白和精蛋白的交换，但重组还涉及到了其他的表观遗传学变化，且这种变化在 ICSI 胚胎组和 phICSI胚胎组中有差异。例如，  phICSI胚胎组中母体染色质中的H3K9二甲基化水平较低。



    巴斯大学的生物学家Anthony  Perry是该研究的引领者，他说，能生育后代的phICSI胚胎，几乎都是与ICSI胚胎组存在这些表观遗传学差异的胚胎，因此我认为这是非常重要的，因为它表明可以通过不同的表观遗传学途径来获得后代。



    美国密歇根Van Andel 研究所发育编程研究员Piroska  Szabó对该研究评论道，能培养正常且具有生殖能力的小鼠，这是非常惊人的，因为在这些案例中发生了很多的表观遗传学事件。



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颠覆传统观点



    加拿大麦吉尔大学发育生物学家Hugh  Clarke对该研究评论道，研究人员表明，已经开始胚胎发育并进行分裂的卵母细胞仍能改变精子DNA，这种能力不仅限于受精时的卵子。该研究质疑了孤雌囊胚不能长期发育的观点。Clarke  写道，在该研究中，研究人员在孤雌胚胎中加入了父系基因组，使之具备了长期发育的能力，因此哺乳动物胚胎必须由精子和卵子受精而形成的观点被颠覆了。



    Clarke指出，在减数分裂中期II（ICSI胚胎组的注射精子时间）和第一次细胞分裂中期（phICSI胚胎组的精子注射时间），核膜破裂，核中的蛋白质如组蛋白溢出并被细胞利用，这些蛋白质对精子的重组是有必要的。他说，精子在减数分裂中期使用这些蛋白，这属于正常的使用时间，但它还在有丝分裂中期使用这些蛋白，这也是这项研究的创新之处。



     Perry说，这是首次通过向胚胎注射精子实现了足月发育。也许有一天我们可以利用其它类型的细胞来创建胚胎，例如体细胞、皮肤细胞等。对于未来，研究人员打算进一步调查精子重编程的机制，并确定其在卵母细胞和孤雌胚胎进行有丝分裂时是否会有差异。







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