近日，中国农业大学生物学院吴森教授和赵要风教授团队在哺乳大动物早期流产机制研究中取得重要进展，相关研究于10月31日在线发表在国际知名期刊《PNAS》上。文章题目为“Silencing of Retrotransposon-derived Imprinted Gene RTL1 is the Main Cause for Post-implantational Failures in Mammalian Cloning”，该研究揭示了内源逆转录病毒来源的父本印记基因RTL1是影响哺乳动物早期流产的关键基因，通过对其表达的控制，可以显著地提高哺乳大动物克隆胚胎受体的怀孕率。
自克隆羊多利诞生以来，核移植克隆技术已成功应用于20多种哺乳动物物种。然而，其克隆效率仍然低下（克隆效率，每个重建卵母细胞的存活率）：克隆小鼠的效率为1-2%，克隆绵羊的效率为0.3%，克隆马的效率为0.8%，克隆牛的效率为1.7%，克隆猴的效率为1.5%，操作流程和培养体系相对成熟的克隆猪的效率也只处在0.3%左右的水平。换句话说，大约90%以上的克隆胚胎并没有发育至成熟个体，便在妊娠期的不同阶段流产。
其中，表观遗传重编程是核移植克隆技术中重要的环节。因而，科学家们认为表观遗传重编程异常与核移植效率低下密切相关，但其具体的影响机制却并不清晰。
该研究将猪iPS细胞（ips细胞，诱导性多能干细胞）克隆胚胎作为研究大型哺乳动物克隆胚胎流产的一种特殊模型，并运用西方猪种杜洛克和中国地方猪种荣昌猪进行杂交，取其子一代的胎儿成纤维细胞、iPS细胞，以及这两种细胞所属的克隆胎儿和胎盘，进行了全基因组的甲基化和链特异性转录组分析，通过对影响猪植入后胚胎发育相关印记基因的鉴定和分析。
经过不懈努力，该团队锁定了基因组DLK1-DIO3是影响流产的关键区域，并且发现该区域中一个编码蛋白印记基因RTL1处于异常的高甲基化状态。在通过对RTL1进行剂量补偿表达之后，该团队高效率地获得了iPS细胞克隆猪。
此后，该团队通过更广泛的大规模数据分析发现印记基因RTL1的异常表达与猪牛的体细胞克隆胚胎附植后发育异常、大小鼠和人的多能干细胞的多能性、以及人早期胎儿流产密切相关。简单来说，便是在这些实验过程中，RTL1的低表达失始终与失败的妊娠反应相对应。
A：源自猪iPSC，RTL1-iPSC和天然受精（WT）的GD25的克隆胎儿。RTL1-iPSC衍生的胎儿显示与WT胎儿相似的正常形态。（比例尺，5mm）
B：来自RTL1过表达的iPSC的一周龄克隆小猪。
C：RTL1对猪，牛和人在胚胎植入后的胚胎发育具有广泛的影响。
（C.左）与猪的自然受精胎儿（P = 0.04，双尾学生t检验）相比，RTL1在异常SCNT胎儿中表现出较低的表达。条形图
（C.右）表示三组中RTL1表达的平均值。
（C.中心）RTL1在牛的NT衍生概念的尿囊中表现出较低的表达。
（C.右）是AI和NT组中RTL1表达的平均值。与AI胎儿相比，RTL1在SCNT胎儿中显示较低的表达（P = 0.0438，DEGseq P值）。在右显示RTL1在来自八个择终止妊娠（ETP）的个人和一个反复流产个体衍生的人前三个月的胎盘绒毛的相对表达。根据ETP中的基因表达来缩放RTL1表达，这被认为是正常的。条形表示相对表达; DEGseq P.值显示。
D：RTL1表达与哺乳动物中SCs的发育潜力呈负相关。
（D.左）不同小鼠SC系中的RTL1表达。4N能力组指示使用四倍体（4N）胚胎互补支持全iPSC小鼠发育的iPSC细胞系（MEF作为起始细胞）。4N不合格组表明iPSC系不能支持all-iPSC小鼠的发育。4N不能胜任的iPSC显示出比4N能力的iPSC显着更低的表达（P = 0.027，单尾学生t检验）。
（D.中心）4N能力组表明使用四倍体互补支持全ESC大鼠发育的ES细胞系。4N不合格组表明ESC系不能支持使用四倍体互补的全ESC大鼠的发育。
（D.右）不同人干细胞系中的RTL1表达。人类幼稚ESC显示出比人引发的ESC和人iPSC显着更高的表达（P <0.001，双尾学生t检验）。
参考资料：
[1]Dawei Yu, Jing Wang, Huiying Zou, Tao Feng, Lei Chen, Jia Li, Xiaolan Qi, Zhifang Li, Xiaoyue Duan, Chunlong Xu, Liang Zhang, Xi Long, Jing Lan, Chao Chen, Chao Wang, Xinyu Xu, Jilong Ren, Yiqiang Zhao, Xiaoxiang Hu, Zhengxing Lian, Hongsheng Men, Dengke Pan, Ning Li, Mario R. Capecchi, Xuguang Du, Yaofeng Zhao, and Sen Wu. Silencing of retrotransposon-derived imprinted gene RTL1 is the main cause for postimplantational failures in mammalian cloning[J]. PANS, October 31, 2018.
[2]马文哲.生物学院吴森教授、赵要风教授团队在哺乳动物克隆胚胎早期流产机制研究中取得重要进展[N].中国农业大学生物学院综合新闻，2018年11月02日.
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