20年研究揭示基因克隆面临瓶颈

20年研究揭示基因克隆面临瓶颈(图1)

科学家们将哺乳动物克隆技术推向了极限,以至于整个建立在这一技术上的体系彻底崩塌了。

经过二十年持续的研究,日本研究人员发现哺乳动物克隆存在一个基因“死胡同”。

该研究始于2005年,当时由日本山形大学科学家领导的研究人员成功克隆了一只雌性小鼠。

然后他们将这个克隆体的细胞核DNA转移到一个已去除细胞核DNA的卵细胞中,如此反复进行,共持续了57代,从单一原始供体产生了超过1200只小鼠。

二十年后,这支团队已进入第58代,重新克隆的小鼠积累了大量基因突变,出生当天便死亡。

这项研究是首个经过同行评审、为实现这一目标而进行“连续克隆”哺乳动物的科研工作。

“长期以来,人们一直不清楚哺乳动物是否像植物和一些低等生物一样,能够仅通过无性繁殖来延续其物种,”由遗传学家Sayaka Wakayama领导的研究团队写道。

我们的结果与穆勒的“棘轮效应”理论高度吻合。该模型预测,在无性繁殖谱系中,有害突变不可避免地累积,最终导致突变崩溃和物种灭绝。

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自从20世纪90年代中期首次克隆出哺乳动物——著名的“多莉羊”以来,科学家们已深入了解了整个过程,以及如何仅用少量细胞就能重现一个动物。

一些环保人士希望这种做法将来能帮助我们将濒临灭绝的物种重新引入自然界,甚至已有少数名人开始为自己的宠物进行克隆。

虽然这种情况短期内可能可行,但随着时间推移,随着克隆体不断被重新克隆,基因组中可能会积累危险的突变。这种突变最终会杀死生物体所需的时间尚不清楚,因此日本科学家希望通过小鼠来研究这个问题。

在团队前25次克隆尝试中,重新克隆的小鼠在外观上与原始基因供体并无差异。事实上,随着克隆代数的增加,成功率也不断提高,作者由此推测“或许可以无限期地重新克隆动物”。

但随后,情况发生了变化。克隆小鼠的成功率逐渐下降,最终突然归零。

似乎这些小鼠已无法有效消除染色体异常和编码突变。

第25代克隆后代中,X染色体的缺失成为突出问题,到第57代时,有害突变的频率几乎翻了一倍。

然而,即使携带突变的人,寿命也正常——直到第58代才出现这种情况。

尽管连续克隆无法延续到第58代(G58),但重新克隆的小鼠除G58外均保持健康,作者们认为这表明后续世代可能通过有性生殖产生。

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为了验证这一想法,研究团队将第20代、第50代和第55代的雌性小鼠与正常雄性小鼠进行配对。第20代克隆小鼠的每胎产仔数量与对照组小鼠相似,而第50代和第55代克隆小鼠的每胎产仔数量则显著减少。

尽管如此,当这些后代谱系产生出健康小鼠的孙辈时,它们的每胎产仔数又恢复到正常水平。

研究结果表明,哺乳动物物种对基因突变的耐受性出乎意料,即使在广泛发生基因变异的情况下,仍能保持健康并具备繁殖能力。

该研究论文的作者表示,这再次证实“性繁殖对哺乳动物物种长期生存而言是不可或缺的,是进化上的必然结果”。

该研究发表在《自然通讯》上。