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狼山雞體細(xì)胞“克隆”后代中出現(xiàn)羽色表型相似的個(gè)體。揚(yáng)州大學(xué)供圖

■本報(bào)記者 李晨 通訊員 虞璐

自1997年“多莉”克隆羊問世以來，已經(jīng)有20多種哺乳動(dòng)物相繼實(shí)現(xiàn)了體細(xì)胞克隆的無性繁殖。然而，由于特殊的卵生生殖模式，體細(xì)胞克隆方法無法在禽類動(dòng)物中使用，因此禽類動(dòng)物的保種、挽救、瀕危復(fù)原和生物工程育種等工作遇到了瓶頸，且一直未被突破。

近日，《自然—通訊》雜志在線發(fā)表了揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授李碧春和陳國(guó)宏研究團(tuán)隊(duì)的最新研究文章。該文章介紹了將雞體細(xì)胞（成纖維細(xì)胞）逆轉(zhuǎn)為原始生殖細(xì)胞繁殖后代的理論研究和方法體系。

破解禽類動(dòng)物體細(xì)胞克隆難題

文章共同通訊作者陳國(guó)宏告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，哺乳動(dòng)物體細(xì)胞克隆技術(shù)的原理是將重編程的體細(xì)胞移植到去核的卵母細(xì)胞中，形成重構(gòu)胚胎，然后移植入代孕母體中繼續(xù)發(fā)育，產(chǎn)生出克隆動(dòng)物，例如克隆羊“多莉”。

“但這一技術(shù)無法在禽類動(dòng)物上實(shí)施。”文章共同通訊作者李碧春說。主要原因是，“禽類受精卵（蛋）排出時(shí)已經(jīng)發(fā)育到具有大量細(xì)胞的晚期囊胚階段，且和卵黃密切相連吸取營(yíng)養(yǎng)?！?/p>

團(tuán)隊(duì)成員左其生介紹，禽蛋中除了卵母細(xì)胞（未受精卵）或早期胚胎（受精卵）外，還含有大量胚胎發(fā)育需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（卵黃）；加之，禽類卵母細(xì)胞的核大且只被薄薄的一層細(xì)胞質(zhì)包裹，這使得去除和移入細(xì)胞核這個(gè)過程很難實(shí)施。

如果沿用哺乳動(dòng)物體細(xì)胞核移植方式，將重構(gòu)胚胎植入雞蛋中，就相當(dāng)于把已經(jīng)“著床”在子宮里的胚胎去掉，再換上重構(gòu)胚胎繼續(xù)發(fā)育。

“這個(gè)過程目前在卵生動(dòng)物上不可能實(shí)現(xiàn)。”文章作者張亞妮表示，“這就使得禽類動(dòng)物的克隆遇到了難以逾越的問題，這一瓶頸阻礙了禽類遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和家禽業(yè)生物工程育種、種質(zhì)資源保存與瀕危禽類恢復(fù)，以及遺傳分子機(jī)制等領(lǐng)域的研究工作進(jìn)展?！?/p>

目前我國(guó)擁有非常豐富的畜禽品種資源。陳國(guó)宏認(rèn)為，做好畜禽品種資源的保護(hù)是將來優(yōu)良性狀利用和生物工程育種的基礎(chǔ)，挖掘和建立合適的保種體系就顯得尤為必要。

在哺乳動(dòng)物中，無論是體細(xì)胞克隆技術(shù)，還是配子和胚胎凍存技術(shù)都可以有效地保護(hù)當(dāng)下的品種資源。但是在禽類動(dòng)物上，這些方法并不完全適用，因此需要開辟新的方法。

“我們的研究利用了雞原始生殖細(xì)胞隨血液遷移的特點(diǎn)，首先將供體細(xì)胞，即成纖維細(xì)胞，在體外轉(zhuǎn)分化為原始生殖細(xì)胞，再異體移植到受體中，使其借用受體性腺的環(huán)境發(fā)育成精子或卵子，待受體雞性成熟后相互交配，產(chǎn)生來源于供體雞的后代。由于與哺乳動(dòng)物體細(xì)胞克隆有不同之處，因此我們稱其為類克隆雞?！崩畋檀赫f。

“類克隆雞的產(chǎn)生，不僅能為禽類動(dòng)物的種質(zhì)資源保護(hù)和瀕危禽類的恢復(fù)提供一種新方法，而且為未來禽類動(dòng)物的生物工程育種、性狀遺傳機(jī)制解析等基礎(chǔ)研究工作提供新途徑。”陳國(guó)宏說。

實(shí)現(xiàn)體細(xì)胞高效逆轉(zhuǎn)為原始生殖細(xì)胞

該團(tuán)隊(duì)2010年就啟動(dòng)了類克隆雞的研究工作。隨著對(duì)雞原始生殖細(xì)胞生物特性研究的不斷深入，他們發(fā)現(xiàn)，雞原始生殖細(xì)胞可作為工具細(xì)胞進(jìn)行類克隆雞的生產(chǎn)，但遇到了如何大量獲取原始生殖細(xì)胞的難題。

雖然在哺乳動(dòng)物中已經(jīng)建立了高效的體外誘導(dǎo)原始生殖細(xì)胞的方法體系，但在禽類動(dòng)物上該方法體系尚未建立。

左其生介紹，該團(tuán)隊(duì)前期已建立了原始生殖細(xì)胞遷移歸巢并生產(chǎn)后代雞的模型，為雞的種質(zhì)資源保護(hù)和恢復(fù)提供了新思路。

但由于分離雞體內(nèi)來源的原始生殖細(xì)胞數(shù)量少，且需以犧牲早期胚胎為代價(jià)，因此該團(tuán)隊(duì)一直探尋能夠獲得大量原始生殖細(xì)胞的方法體系。

他們先建立了胚胎干細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化為原始生殖細(xì)胞的體系，但胚胎干細(xì)胞也不容易獲得?！绑w細(xì)胞重編程技術(shù)給我們的研究提供了一種很好的思路，體細(xì)胞經(jīng)過重編程能夠形成與胚胎干細(xì)胞類似的有分化潛能的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞，且體細(xì)胞的分離和冷凍技術(shù)相對(duì)容易，能夠在短時(shí)間內(nèi)大量獲取，對(duì)個(gè)體也不會(huì)造成較大傷害?！弊笃渖f。

因此，他們選擇雞成纖維細(xì)胞，先將其重編程為誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞，再進(jìn)一步誘導(dǎo)分化為原始生殖細(xì)胞，這樣就可以極大地解決原始生殖細(xì)胞無法大量獲得且分離培養(yǎng)困難的問題。

經(jīng)過10多年的探索攻關(guān)，該團(tuán)隊(duì)將我國(guó)黑羽狼山雞的體細(xì)胞逆轉(zhuǎn)成原始生殖細(xì)胞，并移植到隱性白羽白洛克受體雞（代孕雞）體內(nèi)，產(chǎn)出了來源于供體黑羽狼山雞的后代。

體細(xì)胞復(fù)原為活禽成為現(xiàn)實(shí)

“該技術(shù)是一項(xiàng)全新的將體細(xì)胞復(fù)原為活體的方法，是一次改變禽類生物工程育種和種質(zhì)資源保護(hù)傳統(tǒng)規(guī)則的創(chuàng)新，對(duì)家禽產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的實(shí)踐意義。”一位文章評(píng)審專家點(diǎn)評(píng)稱。

“這項(xiàng)研究可利用雞的體細(xì)胞生產(chǎn)后代，這一技術(shù)成為生產(chǎn)克隆雞的游戲規(guī)則改變者，對(duì)雞肉研究領(lǐng)域非常有用。”另一位評(píng)審專家評(píng)價(jià)說。

經(jīng)過探索，李碧春和陳國(guó)宏研究團(tuán)隊(duì)還系統(tǒng)解析了雞體細(xì)胞重編程和原始生殖細(xì)胞發(fā)生的調(diào)控機(jī)制，建立了高效的體細(xì)胞重編程、誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞分化為原始生殖細(xì)胞以及原始生殖細(xì)胞異體移植的方法體系。

“將這三項(xiàng)技術(shù)結(jié)合使用，成功地實(shí)現(xiàn)了將體細(xì)胞復(fù)原為活禽。這項(xiàng)工作突破了禽類遺傳工程操作困難的瓶頸，為禽類動(dòng)物的保護(hù)和瀕危品種的復(fù)原提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。將來結(jié)合基因編輯技術(shù)，可有效地獲得基因修飾后代，加快禽類動(dòng)物的生物工程育種進(jìn)程?！崩畋檀航榻B。

目前，該團(tuán)隊(duì)還建立了快速而有效的雞皮膚組織冷凍保存的技術(shù)體系，且能從解凍復(fù)蘇后的皮膚組織中獲得細(xì)胞并將其誘導(dǎo)成為原始生殖細(xì)胞，為禽類動(dòng)物種質(zhì)資源長(zhǎng)期保存提供了技術(shù)支撐。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-021-23242-5