來自中科院動(dòng)物研究所、中科院研究所院與東北農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員發(fā)表了題為“Androgenetic haploid embryonic stem cells produce live transgenic mice”的文章，獲得了胚胎干細(xì)胞研究的突破性成果，成功建立了來自孤雄囊胚單倍體胚胎細(xì)胞系，并進(jìn)一步驗(yàn)證將這些細(xì)胞注入到卵母細(xì)胞后產(chǎn)生了健康的小鼠。相關(guān)成果發(fā)布在9月30日的《自然》（Nature）雜志上。
中科院動(dòng)物研究所的周琪研究員、趙小陽(yáng)研究員是這篇文章的共同通訊作者。周琪研究員主要從事分化與去分化機(jī)制、體細(xì)胞重編程、干細(xì)胞可塑性和性及體細(xì)胞可塑性方面的研究，并致力于開展動(dòng)物模型及疾病模型的建立及研究工作。趙小陽(yáng)研究員主要研究方向包括體細(xì)胞重編程（體細(xì)胞核移植與iPSC），干細(xì)胞多能性調(diào)控機(jī)制，以及生殖細(xì)胞發(fā)育。
單倍體和雙單倍體是研究隱性性狀的重要資源，對(duì)于作物育種具有重大的意義，然而在動(dòng)物中天然單倍體是罕見的。哺乳動(dòng)物單倍體僅局限于生殖細(xì)胞及偶然發(fā)現(xiàn)存在于具有大塊染色體丟失的腫瘤中。近期科學(xué)家們成功地在青鳉魚（medaka fish）和小鼠中建立了單倍體胚胎干細(xì)胞，提出了在遺傳研究中利用基因工程哺乳動(dòng)物單倍體細(xì)胞的可能性。然而目前對(duì)于哺乳動(dòng)物單倍體胚胎干細(xì)胞的可用性及功能特征仍知之甚少。
在這篇文章中，研究人員證實(shí)通過將精子注入到細(xì)胞核移除的卵母細(xì)胞中可以構(gòu)建出小鼠雄性單倍體胚胎干細(xì)胞。這些雄性單倍體胚胎干細(xì)胞（ahES cells）在可超過30代維持單倍性和穩(wěn)定生長(zhǎng)，表達(dá)多能性標(biāo)記，在體內(nèi)外具有分化為所有三個(gè)胚層的能力，當(dāng)注入到胚泡時(shí)生成了嵌合體生殖細(xì)胞系。盡管在表觀遺傳上不同于精子細(xì)胞，在胞質(zhì)內(nèi)注射到成熟卵母細(xì)胞后ahES細(xì)胞能夠生成活體具有生育能力的后代。這種卵母細(xì)胞注入程序也可生成來自遺傳工程ahES細(xì)胞的活體轉(zhuǎn)基因小鼠。
新研究證實(shí)了實(shí)驗(yàn)室培育雄性單倍體多能干細(xì)胞能夠在功能上像配子一樣形成受精卵，并可生成活體后代，或許有可能為輔助生殖提供一個(gè)寶貴的資源。由ahES細(xì)胞生成的具生育能力的小鼠表明了了單倍體胚胎干細(xì)胞中的遺傳信息是功能上完整且穩(wěn)定的，因此提高了單倍體ES細(xì)胞在遺傳學(xué)研究中的價(jià)值。建立的穩(wěn)定單倍體外胚層干細(xì)胞樣細(xì)胞系證實(shí)ahES細(xì)胞的單倍體狀態(tài)可以在某些情況下在其他細(xì)胞類型中傳遞及穩(wěn)定維持。該研究還提供了在無法獲得具有生殖能力的胚胎干細(xì)胞的動(dòng)物模型，包括非人類靈長(zhǎng)動(dòng)物中進(jìn)行遺傳操作的一種新方法。由于這樣的單倍體干細(xì)胞中的修飾可通過胞質(zhì)內(nèi)注射到成熟卵母細(xì)胞中傳遞至后代，這可能作為基因靶向研究的一種更有效和簡(jiǎn)單的策略。
作者簡(jiǎn)介：
周琪
研究員，博士生導(dǎo)師，中國(guó)動(dòng)物研究所所長(zhǎng)助理;計(jì)劃生育生殖生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任;轉(zhuǎn)基因協(xié)會(huì)終身榮譽(yù)會(huì)員;干細(xì)胞組織（ISCF）中國(guó)代表。
1996年畢業(yè)于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，獲理學(xué)博士學(xué)位;1997年進(jìn)入中國(guó)發(fā)育生物學(xué)研究所博士后流動(dòng)站;1999年在中國(guó)發(fā)育生物學(xué)研究所獲副研究員任職資格;1999-2002年期間，法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)研究中心分子發(fā)育生物學(xué)部博士后，任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人;2001年入選中國(guó)“百人計(jì)劃”。
周琪研究員主要從事分化與去分化機(jī)制、體細(xì)胞重編程、干細(xì)胞可塑性和性及體細(xì)胞可塑性方面的研究，并致力于開展動(dòng)物模型及疾病模型的建立及研究工作，從而推動(dòng)基礎(chǔ)研究在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。周琪研究組現(xiàn)已建立多種克隆及轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型（兔、小鼠、大鼠、牛、山羊、雪貂、猴）;建立了小鼠、人等物種的胚胎干細(xì)胞系、孤雌胚胎干細(xì)胞系及iPS細(xì)胞系;證明了小鼠克隆的可重復(fù)性;利用體細(xì)胞成功克隆大鼠;世界利用iPS細(xì)胞通過四倍體囊胚注射得到存活并具有繁殖能力的小鼠，從而證明iPS細(xì)胞具有與胚胎干細(xì)胞相似的多能性;發(fā)現(xiàn)并明確證實(shí)決定小鼠（哺乳動(dòng)物）干細(xì)胞多能性的關(guān)鍵基因決定簇;證明iPS細(xì)胞來源的小鼠具有與胚胎干細(xì)胞來源小鼠相同的生理功能但具有致瘤傾向性;通過外源因子誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了跨胚層轉(zhuǎn)分化，獲得具有自我更新及分化為神經(jīng)元能力的神經(jīng)干細(xì)胞。
周琪研究員現(xiàn)已在Nature，Science，PNAS， JBC， Stem cells，Cell Research等數(shù)家刊物發(fā)表研究論文60余篇，申請(qǐng)、獲得重編程技術(shù)發(fā)明5項(xiàng);先后獲得轉(zhuǎn)基因研究genOway獎(jiǎng)、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)獎(jiǎng)、周光召基金會(huì)“杰出青年基礎(chǔ)科學(xué)獎(jiǎng)”等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。
趙小陽(yáng)
男，湖南省雙峰縣人，博士，研究員，中國(guó)動(dòng)物研究所干細(xì)胞與多能性調(diào)控研究組組長(zhǎng)。
2004年畢業(yè)于湖南師范大學(xué)，獲得理學(xué)學(xué)士學(xué)位;2010年畢業(yè)于中國(guó)動(dòng)物研究所，師從周琪研究員，獲發(fā)育生物學(xué)專業(yè)理學(xué)博士學(xué)位。主要研究方向包括體細(xì)胞重編程（體細(xì)胞核移植與iPSC），干細(xì)胞多能性調(diào)控機(jī)制，以及生殖細(xì)胞發(fā)育。近年來，以小鼠，大鼠等為模型取得了一些進(jìn)展，報(bào)道獲得具有發(fā)育性的iPSC，該工作入選2009年美國(guó)《時(shí)代周刊》醫(yī)學(xué)突破;建立了BN大鼠胚胎干細(xì)胞，并證明在體內(nèi)具有廣泛的發(fā)育能力;證明2細(xì)胞卵裂球具有重編程體細(xì)胞為多能性干細(xì)胞的能力，相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature，JBC，Cell Research, Nature Protocols，Stem Cell等刊物，已發(fā)表SCI收錄的論文13篇。未來的研究重點(diǎn)：1）干細(xì)胞多能性調(diào)控機(jī)制，揭示多能性干細(xì)胞維持多能性的分子機(jī)制及調(diào)控元件;2）體細(xì)胞重編程機(jī)理研究。
研究領(lǐng)域： 目前的研究方向主要集中在體細(xì)胞重編程，生殖細(xì)胞發(fā)育，干細(xì)胞與多能性調(diào)控。
獲獎(jiǎng)及榮譽(yù)：
•轉(zhuǎn)基因協(xié)會(huì)（ISTT）首屆青年科學(xué)家獎(jiǎng)（2011）
•中國(guó)畢業(yè)生（2011）
•中國(guó)院長(zhǎng)特別獎(jiǎng)（2010）
•日本實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)會(huì)——獎(jiǎng)（2009）
原文摘要：
Androgenetic haploid embryonic stem cells produce live transgenic mice
Haploids and double haploids are important resources for studying recessive traits and have large impacts on crop breeding1, but natural haploids are rare in animals. Mammalian haploids are restricted to germline cells and are occasionally found in tumours with massive chromosome loss2, 3. Recent success in establishing haploid embryonic stem （ES） cells in medaka fish4 and mice5, 6 raised the possibility of using engineered mammalian haploid cells in genetic studies. However, the availability and functional characterization of mammalian haploid ES cells are still limited. Here we show that mouse androgenetic haploid ES （ahES） cell lines can be established by transferring sperm into an enucleated oocyte. The ahES cells maintain haploidy and stable growth over 30 passages, express pluripotent markers, possess the ability to differentiate into all three germ layers in vitro and in vivo, and contribute to germlines of chimaeras when injected into blastocysts. Although epigenetically distinct from sperm cells, the ahES cells can produce viable and fertile progenies after intracytoplasmic injection into mature oocytes. The oocyte-injection procedure can also produce viable transgenic mice from genetically engineered ahES cells. Our findings show the developmental pluripotency of androgenentic haploids and provide a new tool to quickly produce genetic models for recessive traits. They may also shed new light on assisted reproduction.
