來自中科院動物研究所、中科院研究所院與東北農(nóng)業(yè)大學的研究人員發(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胞系，并進一步驗證將這些細胞注入到卵母細胞后產(chǎn)生了健康的小鼠。相關成果發(fā)布在9月30日的《自然》（Nature）雜志上。
中科院動物研究所的周琪研究員、趙小陽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制、體細胞重編程、干細胞可塑性和性及體細胞可塑性方面的研究，并致力于開展動物模型及疾病模型的建立及研究工作。趙小陽研究員主要研究方向包括體細胞重編程（體細胞核移植與iPSC），干細胞多能性調(diào)控機制，以及生殖細胞發(fā)育。
單倍體和雙單倍體是研究隱性性狀的重要資源，對于作物育種具有重大的意義，然而在動物中天然單倍體是罕見的。哺乳動物單倍體僅局限于生殖細胞及偶然發(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胞，提出了在遺傳研究中利用基因工程哺乳動物單倍體細胞的可能性。然而目前對于哺乳動物單倍體胚胎干細胞的可用性及功能特征仍知之甚少。
在這篇文章中，研究人員證實通過將精子注入到細胞核移除的卵母細胞中可以構(gòu)建出小鼠雄性單倍體胚胎干細胞。這些雄性單倍體胚胎干細胞（ahES cells）在可超過30代維持單倍性和穩(wěn)定生長，表達多能性標記，在體內(nèi)外具有分化為所有三個胚層的能力，當注入到胚泡時生成了嵌合體生殖細胞系。盡管在表觀遺傳上不同于精子細胞，在胞質(zhì)內(nèi)注射到成熟卵母細胞后ahES細胞能夠生成活體具有生育能力的后代。這種卵母細胞注入程序也可生成來自遺傳工程ahES細胞的活體轉(zhuǎn)基因小鼠。
新研究證實了實驗室培育雄性單倍體多能干細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寶貴的資源。由ahES細胞生成的具生育能力的小鼠表明了了單倍體胚胎干細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細胞在遺傳學研究中的價值。建立的穩(wěn)定單倍體外胚層干細胞樣細胞系證實ahES細胞的單倍體狀態(tài)可以在某些情況下在其他細胞類型中傳遞及穩(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胞的動物模型，包括非人類靈長動物中進行遺傳操作的一種新方法。由于這樣的單倍體干細胞中的修飾可通過胞質(zhì)內(nèi)注射到成熟卵母細胞中傳遞至后代，這可能作為基因靶向研究的一種更有效和簡單的策略。
作者簡介：
周琪
研究員，博士生導師，中國動物研究所所長助理;計劃生育生殖生物學國家重點實驗室主任;轉(zhuǎn)基因協(xié)會終身榮譽會員;干細胞組織（ISCF）中國代表。
1996年畢業(yè)于東北農(nóng)業(yè)大學，獲理學博士學位;1997年進入中國發(fā)育生物學研究所博士后流動站;1999年在中國發(fā)育生物學研究所獲副研究員任職資格;1999-2002年期間，法國國家農(nóng)業(yè)研究中心分子發(fā)育生物學部博士后，任項目負責人;2001年入選中國“百人計劃”。
周琪研究員主要從事分化與去分化機制、體細胞重編程、干細胞可塑性和性及體細胞可塑性方面的研究，并致力于開展動物模型及疾病模型的建立及研究工作，從而推動基礎研究在再生醫(yī)學領域的應用。周琪研究組現(xiàn)已建立多種克隆及轉(zhuǎn)基因動物模型（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胞系、孤雌胚胎干細胞系及iPS細胞系;證明了小鼠克隆的可重復性;利用體細胞成功克隆大鼠;世界利用iPS細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細胞具有與胚胎干細胞相似的多能性;發(fā)現(xiàn)并明確證實決定小鼠（哺乳動物）干細胞多能性的關鍵基因決定簇;證明iPS細胞來源的小鼠具有與胚胎干細胞來源小鼠相同的生理功能但具有致瘤傾向性;通過外源因子誘導實現(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、獲得重編程技術(shù)發(fā)明5項;先后獲得轉(zhuǎn)基因研究genOway獎、何梁何利基金科學與技術(shù)獎、周光召基金會“杰出青年基礎科學獎”等多項獎勵。
趙小陽
男，湖南省雙峰縣人，博士，研究員，中國動物研究所干細胞與多能性調(diào)控研究組組長。
2004年畢業(yè)于湖南師范大學，獲得理學學士學位;2010年畢業(yè)于中國動物研究所，師從周琪研究員，獲發(fā)育生物學專業(yè)理學博士學位。主要研究方向包括體細胞重編程（體細胞核移植與iPSC），干細胞多能性調(diào)控機制，以及生殖細胞發(fā)育。近年來，以小鼠，大鼠等為模型取得了一些進展，報道獲得具有發(fā)育性的iPSC，該工作入選2009年美國《時代周刊》醫(yī)學突破;建立了BN大鼠胚胎干細胞，并證明在體內(nèi)具有廣泛的發(fā)育能力;證明2細胞卵裂球具有重編程體細胞為多能性干細胞的能力，相關研究成果發(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：1）干細胞多能性調(diào)控機制，揭示多能性干細胞維持多能性的分子機制及調(diào)控元件;2）體細胞重編程機理研究。
研究領域： 目前的研究方向主要集中在體細胞重編程，生殖細胞發(fā)育，干細胞與多能性調(diào)控。
獲獎及榮譽：
•轉(zhuǎn)基因協(xié)會（ISTT）首屆青年科學家獎（2011）
•中國畢業(yè)生（2011）
•中國院長特別獎（2010）
•日本實驗動物學會——獎（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.
