引人关注！使用基因编辑技术能够产生同窝100%雄性或100%雌性小鼠

动物是科学研究和全球农业资源中必不可少的遗传工具。 在这两个领域，通常都需要单一性别。 生产和扑杀异性动物的伦理和经济负担是相当大的。

2021年12月3日，英国弗朗西斯·克里克研究所Charlotte Douglas等人在Nature Communications 在线发表题为“CRISPR-Cas9 effectors facilitate generation of single-sex litters and sex-specific phenotypes”的研究论文，该研究以小鼠为模型，开发了一种合成的致死性双组分 CRISPR-Cas9 策略，可以以 100% 的效率生产仅雄性或雌性的小鼠窝。

引人注目的是，该研究观察到相对于对照交配的产仔数补偿程度，表明与标准育种设计相比，该研究的系统有可能增加所需性别的产量。 双组分系统也可以重新用于产生出生后性别特异性表型。该研究的方法利用 CRISPR-Cas9 的技术应用，可能适用于其他脊椎动物物种，并为实验室研究和农业的伦理改进迈出了一大步。

最后，Science 发表了题为“Gene editing produces all-male or all-female litters of mice”的述评文章，系统介绍了该研究成果。

动物和动物产品在全球范围内使用，关于动物使用的伦理讨论正在进行中。特别需要雌性 (XX) 或雄性 (XY) 的应用程序尤其有争议，因为不需要的性别是不必要地生成的，必须剔除。在实验室研究中，“替代、减少和改进”(3Rs) 全球准则促进了动物的高效利用，但缺点仍然存在。在英国，仅育种和组织供应就使用了超过 180 万只实验动物。

尽管良好的实验设计应该在可能的情况下考虑两性，但许多主题需要特定的性别。这些包括卵子发生、精子发生、胎盘生物学、乳腺癌、前列腺癌和其他性别限制性癌症、性类固醇激素途径、Y 染色体生物学和 X 染色体失活 (XCI)。在农业方面，乳制品行业需要雌性，因此，英国每年大约有 95,000 头，德国 200,000 头和澳大利亚 500,000 头雄性小牛被扑杀。相比之下，在牛肉行业，雄性因其更快、更瘦的生长和更有效的饲料转化率而受到青睐。在养猪业中，青春期后雄性雄烯酮和粪臭素的积累会产生令人讨厌的肉味。因此，只有在青春期前被阉割或屠宰的雄性才能用于肉类生产，这具有重大的伦理和经济影响。因此，迫切需要在研究和农业中产生单一性别动物的方法。

检查XCas9和YCas9功能以生成单性别窝（图源自Nature Communications ）

牛 X 和 Y 精子的流动分选在一定程度上用于牛，尽管会降低生育能力。然而，精子性别在其他家畜物种（如猪或实验室小鼠）中是不可行的。通过雄性或雌性胚胎的致死率进行胚胎选择提供了另一种更广泛适用的方法来控制后代的性别比例。这种选择可以通过合成致死策略来实现，其中父系 X 或 Y 染色体上携带的休眠自杀基因以性别特异性方式遗传。这种自杀基因被母亲贡献的第二个触发基因激活。继承了这两种基因的胚胎会死亡，而那些只携带一种基因的胚胎会存活下来。

这种双组分 CRISPR-Cas9 方法的变体已被用于蚕、果蝇、蚊子和斑马鱼 ，但从未有效地用于哺乳动物的性别比例控制。哺乳动物的一个主要障碍是哺乳动物的 X 和 Y 染色体：X 染色体上的转基因容易被 XCI沉默，而 Y 染色体上的转基因受到其异染色质状态的抑制。

尚未描述雄性小鼠窝的产生。通过将常染色体编码的 Cas9 与针对三个基本发育基因的 Y 连锁单引导 RNA (sgRNA) 转基因相结合，尝试生成雌性小鼠窝。然而，这种方法产生了雌性偏斜，而不是只产雌性幼崽，一些幸存的雄性幼崽表现出由 Cas9 诱导的突变导致的严重发育缺陷。在这里，该研究通过创建一个双组分性别选择系统来克服这些挑战，该系统以 100% 的效率生产仅雄性或雌性小鼠，并且还可以重新用于产生产后性别特异性表型。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-27227-2

https://www.science.org/content/article/gene-editing-produces-all-male-or-all-female-litters-mice