精原干細(xì)胞（Spermatogonial stem cells，SSCs）是成體雄性性腺中具有自我更新和分化潛能的一類生殖干細(xì)胞。利用精原干細(xì)胞移植（Spermatogonial stem cell transplantation, SSCT）技術(shù)，有可能實(shí)現(xiàn)跨個體甚至是跨物種的“借腹生殖”，也就是利用個體（或物種）B產(chǎn)生個體（或物種）A的功能性配子。SSCT“借腹生殖”是研究配子發(fā)生和性腺發(fā)育的一項重要技術(shù)，同時其在快速、高效的定向育種中也具有重要而廣闊的應(yīng)用價值。SSCT“借腹生殖”能否在遺傳距離較大（如跨亞科及以上遺傳距離）的不同物種間實(shí)現(xiàn)，是這一領(lǐng)域的經(jīng)典難題。 

　　近日，中國科學(xué)院水生生物研究所孫永華學(xué)科組在Science China Life Sciences發(fā)表了題為Surrogate production of genome edited sperm from a different subfamily by spermatogonial stem cell transplantation的研究論文，利用魚類SSCT首次實(shí)現(xiàn)了亞科物種間的“借腹生殖”，并成功獲得了跨亞科物種來源的經(jīng)基因編輯的SSCT精子。 

　　在前期的研究中，孫永華團(tuán)隊在斑馬魚中建立并優(yōu)化了魚類基因編輯配子的“借腹生殖”技術(shù)（J Genet Genomics，2020；Faculty of 1000推薦），快速而高效地獲得了純合突變致死基因的母源合子突變體，為斑馬魚母源基因的功能研究開辟了一條新的途徑。為進(jìn)一步探究在魚類異種間能否建立基因編輯配子的“借腹生殖”技術(shù)，該團(tuán)隊選擇了跨亞科的兩個魚類物種——稀有鮈鯽和斑馬魚——作為SSCT供體和受體，將生殖細(xì)胞靶向的CRISPR/Cas9基因編輯和SSCT“借腹生殖”技術(shù)進(jìn)行有機(jī)整合和優(yōu)化，成功利用受體斑馬魚快速、高效地獲得了供體稀有鮈鯽來源的經(jīng)基因編輯的精子（圖1）。 

圖1. 本研究技術(shù)路線圖及稀有鮈鯽SSCs的分離及向斑馬魚幼魚的移植 

　　為追溯供體稀有鮈鯽SSCs在受體斑馬魚中的發(fā)育命運(yùn)，研究者精細(xì)刻畫了移植SSCs在斑馬魚性腺中定植、增殖、分化的全過程，并通過組學(xué)和實(shí)驗(yàn)生物學(xué)手段揭示了SSCT精巢是由供體稀有鮈鯽生殖細(xì)胞和受體斑馬魚性腺體細(xì)胞所構(gòu)成的特殊重組性腺（圖2）。有趣的是，“借腹生殖”斑馬魚所產(chǎn)生的SSCT精子，雖然其核基因組完全來源于供體稀有鮈鯽且只能與稀有鮈鯽卵進(jìn)行受精，但其形態(tài)學(xué)特征和游動行為更接近于受體斑馬魚精子。通過比較SSCT精子和普通稀有鮈鯽精子的轉(zhuǎn)錄組，研究者發(fā)現(xiàn)斑馬魚性腺體細(xì)胞的一些轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可能通過某種方式被轉(zhuǎn)運(yùn)到了SSCT精子細(xì)胞中，從而影響了“借腹生殖”所產(chǎn)生的稀有鮈鯽精子的形態(tài)和行為特征。本研究也是首次利用“借腹生殖”技術(shù)產(chǎn)生異種來源的基因編輯配子，這為進(jìn)一步利用該技術(shù)設(shè)計和定制未來養(yǎng)殖魚類的配子奠定了堅實(shí)的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 

圖2 SSCT精巢由稀有鮈鯽（Gr）的生殖細(xì)胞和斑馬魚（Dr）的性腺體細(xì)胞構(gòu)成 

　　中國科學(xué)院水生生物研究所張峰華為該文章的第一作者，孫永華研究員為通訊作者。這項研究受到國家杰出青年科學(xué)基金、“發(fā)育編程及其代謝調(diào)節(jié)”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體等科研項目的支持。 

　　研究中涉及的斑馬魚和稀有鮈鯽品系均來自國家水生生物種質(zhì)資源庫。 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　Zhang, F., Li, X., He, M., Ye, D., Xiong, F., Amin, G., Zhu, Z., Sun, Y. (2020). Efficient generation of zebrafish maternal-zygotic mutants through transplantation of ectopically induced and cas9/gRNA targeted primordial germ cells. Journal of Genetics and Genomics 47: 37-47 

　　Zhang, F., Hao, Y., Li, X., Li, Y., Ye, D., Zhang, R., Wang, X., He, M., Wang, H., Zhu, Z., et al. (2021). Surrogate production of genome edited sperm from a different subfamily by spermatogonial stem cell transplantation. SCIENCE CHINA Life Sciences

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s11427-021-1989-9