孫永華學科組在跨亞科魚類基因編輯配子“借腹生殖”研究中獲進展

精原幹細胞（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幹細胞。利用精原幹細胞移植（Spermatogonial stem cell transplantation， SSCT）技術，有可能實現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產生個體（或物種）A的功能性配子。SSCT“借腹生殖”是研究配子發生和性腺發育的重要技術，其在快速、高效的定向育種中也具有重要而廣闊的應用價值。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）的不同物種間實現，是這一領域的經典難題。

近日，中國科學院水生生物研究所孫永華學科組在

Science China Life Sciences

上，發表了題為

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首次實現了亞科物種間的“借腹生殖”，並獲得了跨亞科物種來源的經基因編輯的SSCT精子。

前期研究中，孫永華團隊在斑馬魚中建立並優化了魚類基因編輯配子的“借腹生殖”技術（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闢了新途徑。為進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，該團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，將生殖細胞靶向的CRISPR/Cas9基因編輯和SSCT“借腹生殖”技術進行有機整合和最佳化，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基因編輯的精子（圖1）。

為追溯供體稀有鮈鯽SSCs在受體斑馬魚中的發育命運，科研人員精細刻畫了移植SSCs在斑馬魚性腺中定植、增殖、分化的全過程，並運用組學和實驗生物學手段揭示了SSCT精巢是由供體稀有鮈鯽生殖細胞和受體斑馬魚性腺體細胞所構成的特殊重組性腺（圖2）。“借腹生殖”斑馬魚產生的SSCT精子，其核基因組完全來源於供體稀有鮈鯽且只能與稀有鮈鯽卵進行受精，但其形態學特徵和遊動行為更接近受體斑馬魚精子。研究比較SSCT精子和普通稀有鮈鯽精子的轉錄組發現，斑馬魚性腺體細胞的一些轉錄產物可能透過某種方式被轉運到SSCT精子細胞中，從而影響“借腹生殖”所產生的稀有鮈鯽精子的形態和行為特徵。本研究是首次利用“借腹生殖”技術產生異種來源的基因編輯配子，這為進一步利用該技術設計和定製未來養殖魚類的配子奠定了堅實的理論和實驗基礎。

研究工作得到國家傑出青年科學基金、國家重點研發計劃“發育程式設計及其代謝調節”重點專項、國家自然科學基金創新研究群體等的支援。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資源庫。

圖1。本研究技術路線圖及稀有鮈鯽SSCs的分離及向斑馬魚幼魚的移植

圖2。SSCT精巢由稀有鮈鯽（

Gr

）的生殖細胞和斑馬魚（

Dr

）的性腺體細胞構成