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基因编辑的牲畜代母成功繁殖

科学家们首次创造了可以用作可行的“代孕公牛”的猪,山羊和牛,它们是雄性动物,只产生带有供体动物遗传特征的精子。该研究成果于9月14 日发表在《美国国家科学院院刊》上,可能会加速家畜中理想特性的传播,并为不断增长的全球人口提高粮食产量。它还将使偏远地区的育种者能够更好地获取来自世界其他地区的优良动物的遗传物质,并允许在难以使用人工授精的山羊等动物中进行更精确的育种。

华盛顿州立大学兽医学院生殖生物学家乔恩·奥特利说:“有了这项技术,我们可以更好地传播所需的性状,提高粮食生产的效率。这可能对解决世界各地的粮食不安全问题产生重大影响。” “如果我们能够通过遗传学解决这一问题,那么这意味着我们必须将更少的水,更少的饲料和更少的抗生素放入动物体内。”

由奥特利(Oatley)领导的一个研究小组使用了基因编辑工具CRISPR-Cas9,敲除了动物胚胎中雄性育性特有的基因,该基因将被培育成替代父代。然后,雄性动物出生时不育,但在研究人员将供体动物的干细胞移植到睾丸后开始产生精子。替代父本产生的精子仅保留所选供体动物的遗传物质。这项研究中使用的基因编辑过程旨在使动物物种发生自然变化,例如不育症。

这项研究是WSU,犹他州立大学,马里兰大学和英国爱丁堡大学罗斯林研究所研究人员六年合作工作的结果。

研究人员使用CRISPR-Cas9来生产小鼠,猪,山羊和牛,这些小鼠,猪,山羊和牛缺乏一种叫做NANOS2的基因,该基因对男性的生育能力具有特异性。在雄性动物长大后不育,但原本健康的,所以当他们接受移植产生精子的干细胞与其他动物,他们开始生产,从捐赠者的细胞的精子。

代孕父亲被确认具有活跃的供体精子。替代小鼠的父亲是健康的后代,这些后代携带了供体小鼠的基因。较大的动物尚未繁殖。Oatley的实验室正在采取下一步行动之前,正在完善干细胞移植过程。

罗斯林研究所的布鲁斯·怀特劳教授说,这项研究提供了强有力的概念证明。

怀特劳说:“这向世界展示了这项技术是真实的。它可以被使用。” “我们现在必须努力研究如何最好地有效地使用它来养活我们不断增长的人口。”

数十年来,科学家一直在寻找一种创建替代公母的方法,以克服选择性育种和人工授精的局限性,这些工具要么需要接近动物,要么需要严格控制其运动,在许多情况下,两者都需要。

人工授精在经常被限制的奶牛中很常见,因此它们的生殖行为相对容易控制,但是这种方法很少用于需要自由漫游以饲喂的肉牛。对于猪,该程序仍要求动物在附近,因为猪的精子不能很好地冷冻。在山羊中,人工授精颇具挑战性,可能需要进行外科手术。

代母技术可以解决这些问题,因为代母以自然方式(通过正常繁殖)传递供体遗传物质。这使牧场主和牧民能够使其动物在范围或田地上正常互动。供体和代孕体不需要彼此靠近,因为冷冻的供体精子或代孕动物本身都可以被运送到不同的地方。此外,雌性NANOS2基因敲除动物仍然具有繁殖力(因为该基因仅影响雄性繁殖力),并且可以繁殖以有效地产生不育的雄性用作替代品。

犹他州立大学教授伊琳娜·波列亚耶娃(Irina Polejaeva)表示,这项技术具有巨大的潜力,可以帮助发展中国家牧民仍然必须依靠选育来提高种群数量的发展中国家的粮食供应。

“山羊是许多发展中国家的第一大蛋白质来源,”波列耶耶娃说。“这项技术可以更快地传播山羊的特定性状,无论是抗病性,更高的耐热性还是更好的肉质。”

替代父本技术还可以为濒临灭绝物种的遗传保护开辟新的选择,其濒临灭绝的物种数量不断减少,使动物群落彼此隔离,从而限制了它们的遗传多样性。

认知和政策障碍

但是,如果不改变当前的政府法规和公众的看法,就无法实现代理父亲的任何好处。

即使技术已经足够先进以实现商业化,根据现行法规,基因编辑的替代父本也无法在世界任何地方的食物链中使用,即使其后代不会进行基因编辑。奥特利说,这部分是由于人们对基因编辑与有争议的基因操纵相同的误解。基因编辑涉及在物种内进行可能自然发生的变化。它不会结合不同物种的DNA。

Oatley意识到实验室之外还有很多工作要做,因此最近加入了国家畜牧业基因编辑工作组,将研究人员,行业代表,生物伦理学家和政策制定者召集在一起,为该技术寻求发展之路。

奥特利说:“即使所有科学都完成了,在世界任何地方的畜牧生产中付诸实践的速度也会受到社会接受程度和联邦政策的影响。” “通过与政策制定者和公众合作,我们可以帮助提供信息,向公众保证,这种科学不会带来其他方法所带来的风险。”

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