以下文章来源于络绎科学，作者皓子
1 月 22 日，由 DeepTech 携手络绎科学举办的“MEET35：创新者说”论坛暨“35 岁以下科技创新 35 人”2021 年中国线上发布仪式成功举行。来自科学界和产业界的人士在云端共同见证了新一届中国青年科技领军人物登场。
络绎科学邀请到了“创新 35 人” 2021 中国入选者北京干细胞与再生医学研究院/中国科学院动物研究所博士后王乐韵，做客直播间，从发育生物学视角与我们共同探索生命起源的奥秘。
作为“先锋者”入选“创新 35 人”的王乐韵主要研究集中在印记基因调控、核移植重编程、疾病模型制备及早期胚胎发育相关机制研究等方面，在“孤雄/雌生殖”等方面取了一系列颠覆传统理论的 创新 成果。
获奖时年龄：31 岁
获奖时职位：北京干细胞与再生医学研究院/中国科学院动物研究所博士后
获奖理由：他致力于通过胚胎发育及胚胎工程研究来解答生命如何形成这一人类永恒问题，他的研究涵盖两性生殖 -同性生殖-无性生殖等多种生殖方式，创新出包括“孤雄/雌生殖”等一系列创新成果不断颠覆传统理论。
“在生物学的核心地带，存在着一个未知的黑洞。坦白说，我们不知道生命为什么是现在这样。”这是英国伦敦大学学院演化生物学家尼克·莱恩在《复杂生命的起源》一书中对生命神秘的喟叹。
王乐韵在研究中也有着类似的好奇与问题：生命究竟如何形成？为什么在低等动物中存在的同性生殖方式，在哺乳动物中不存在？有没有可能破解这其中的奥秘，进而帮助人类进一步了解物种进化、繁衍等问题？带着这些问题，王乐韵开始尝试从自己的专业视角去解读，在发育生物学中，哺乳动物的生命究竟是如何发生的，生命形成的本质究竟是什么；我们是否可以像造物主一样的创造生命，等等。
父母源基因组相互作用对动物发育到期是必需的吗？
在生物学中，传统理论上认为哺乳动物的生命演化基本都会从“精卵结合”这一步开始。在这一过程中，会形成两个原核，而后精子和卵子慢慢相互靠近，并逐渐融合到一起，形成一个完整的细胞核。其后，细胞核随着个体的逐渐发育，形成一个完整的生命周期。
那么，在这一过程中，父母源基因组的相互作用，对哺乳动物发育到期是必须的吗？如果将这种早期相互作用的过程分开，动物还能够出生吗？
为了解答这一问题，王乐韵与合作者利用实验室此前建立的单倍体胚胎干细胞体系，建立了一株雌性基因组来源的单倍体胚胎干细胞和雄性基因组来源的单倍体胚胎干细胞。经过研究，发现雌性单倍体胚胎干细胞具有替代卵母细胞的能力，而雄性单倍体胚胎干细胞具有替代精子的能力。利用这两株单倍体胚胎干细胞就可以很好地在体外模拟精子与卵子在受精过程中融合的发育过程。
王乐韵介绍说，在小鼠的胚胎发育过程中，卵母细胞会在大约 3.5 天里，慢慢发育成一个完整的囊胚。而在他们的实验中，通过单倍体胚胎干细胞融合，基本跳过了早期胚胎发育的 3.5 天这一阶段。他们直接利用精卵结合形成细胞株，进行一系列的胚胎操作，顺利得到了一只到期动物，证实雌雄基因组相互作用对动物到期发育是非必需的。然而，仔细观察会发现，这只到期动物比正常个体大很多，且没有存活。
那么问题出在了哪里？王乐韵开始思考，是否是因为这只到期动物没有经历过早期的胚胎发育，而导致了其严重的健康问题？
为此，王乐韵与合作者开始对该个体进行生物学的甲基化分析。同时，基于对印记基因的研究，王乐韵与合作者分析发现，出生异常的胎儿，在很多印记基因区域的甲基化的化学键修饰几乎没有，而这就导致了基因表达异常。
因此，王乐韵将关注点放到了非常早期的发育阶段。他对当时的研究过程进行了介绍，“我们发现，在精子和卵子形成过程中，有一处原始的细胞叫原始生殖细胞 PGC，在这一过程中，体内有甲基化化学键擦除再重新建立的过程。因此，我们想到了一个问题，我们的实验出现问题，是否是因为拿到的那两个单倍体胚胎干细胞在这一‘擦除重建’过程中出现了异常？对此，我们又进行了一些早期的化学键分析，的确清晰地发现，我们的单倍体胚胎干细胞在非常早期出现了化学键的严重异常。”
这一发现，也给了王乐韵新的研究思路：我们能否在体外利用基因编辑技术实现化学键的擦除重建呢？
于是，王乐韵与合作者展开了下一步实验。他首先对胚胎进行一些早期的发育学尝试，将单倍体胚胎干细胞注射到卵母细胞中，发现胚胎只能发育到 13.5 天，而小鼠的发育周期是 19.5 天，因此胚胎未能发育成到期动物。而这一现象也印证了他此前对印记基因在这一胚胎发育过程中的作用分析。之后，王乐韵与合作者利用基因编辑技术，敲除了一些基因，在体外模拟了体内的基因擦除与重建。在这次研究中，他们将印记敲除的孤雌单倍体胚胎干细胞进行了卵母细胞注射，得到了一只可以正常发育的到期小鼠。
然而，在动物行为学测试中，这只小鼠在运动速度、探索未知等过程中存在着非常异常的情况。对此，王乐韵表示，“尽管我们进行了一些基因修饰，但这种修饰仍然存在一些异常。因此，我们进行了大量基因组测序。通过这种基因组测序，我们又发现了一个新区段。之后我们又对新区段进行修正，发现我们的到期小鼠，在行为学上得到了极大的改善。这种改善在基因表达水平及生长速率上，已与正常小鼠没有什么差别了。”
对于这一实验成果的重要性，王乐韵说，“这代表着，世界上首次利用简便方法制备出了‘双母’基因组来源的健康的‘孤雌动物’，实现了单一性别的同性繁殖。”
获得孤雌小鼠的实验成功后，王乐韵与合作者自然而然地想到，我们能否获得孤雄小鼠？于是，他利用孤雄单倍体胚胎干细胞与精子进行共注射，但遗憾的是未能获得一只理想的孤雄到期小鼠，只得到了一个体外发育的退化的胎盘组织。对此，王乐韵分析称，“第一次尝试是失败的，也就是说，我们运用孤雄单倍体胚胎干细胞与精子共注射，无法得到健康出生的孤雄小鼠。”
对于这次失败的尝试，王乐韵认为是印记基因体外发育异常导致的。于是他又找到了几个印记区段，对这些区段进行了一些修正，并在此基础上进行胚胎操作。之后，正如他分析的那样，实验取得了新进展，获得了到期孤雄小鼠。王乐韵介绍称，“这是世界上首次实现‘双父’基因组来源的‘孤雄生殖’，突破了同性生殖障碍。”
不过，在这一实验中，仍然存在一些问题，例如得到的小鼠肠子裸露、没有眼睑，等等。对此，王乐韵继续分析，又寻找到了新的印记区段，并进行了一些修正。在这次修正后，王乐韵终于得到了一只无论个体大小，还是健康程度都非常正常的小鼠。对于王乐韵的这项“孤雄生殖”重大创新成果，“创新 35 人”评委在他的获奖理由中毫不吝啬地评价称，其“颠覆了传统生殖理论”。
对生命起源的探秘在现实场景有哪些应用？
“科学要服务于人，服务于应用。”王乐韵的目标不仅是要搞清楚生命发生的本质问题，还要从其中探索可应用于产业或商业转化的可能性。对此，他有着清晰的规划，即在坚持重大理论突破创新的同时注重应用转化。
在重大理论突破上，王乐韵在博后阶段，在 Cell 上成功发表了细胞命运决定分子可以在 2 细胞期阶段对细胞命运决定发挥作用的论文。该成果是经典发育生物学领域重大理论突破，将生命的命运倾向时间推向了生命第一次细胞分裂时期，改变了发育生物学教科书中的传统观念。另外，王乐韵还进行了一些生命发生阶段（即生殖健康领域）相关的生殖健康问题，包括描绘了卵母细胞中表观遗传动态图谱，成果已发表在 Nature Genetics 上。同时也鉴定出了一个导致早期流产的分子靶标，为自发性流产、生殖健康提供了新的可转化的分子靶标。对于这一研究的应用前景，他希望能够制定试剂盒和早期临床干预策略，为人类生殖健康服务。
在应用转化上，王乐韵结合自己博士阶段的对于克隆技术的早期开发，进行了一项全新的技术升级，大幅提升了克隆效率，为珍稀物种保护、名贵品种繁育、大动物育种提供了一条可靠、高效的技术路径。预计每年可转化产值在 1.4 亿左右。对于这一研究，王乐韵也得到了“创新 35 人”评委的肯定，“通过修正供体细胞印记基因的方式大幅提升了克隆技术的效率，促进了克隆技术在畜牧育种领域的应用，产生巨大的经济效益。”
对于未来，王乐韵希望通过自己的研究拓展人类对生命形成理解，并将自己的研究成果更多地应用于人类健康及生产实际。
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《复杂生命的起源》一书曾说，“我们建立了精密的数学模型，设计了计算机模拟程序，以信息化的方式来重建这些生物过程……然而，自人类发现细胞 350 年之后，我们仍然不知道地球生命为什么会是这样……科学家是充满好奇心的人……从一个研究者的角度，能够发现一种重要新课题并寻求答案，非常激动人心！生物学中最大的问题还有待解决……”相信，伴随着如王乐韵一样的研究者的不断追寻与探索，生命起源的神秘面纱终将会被一层层揭开。
【关于创新35人】
自 1999 年起，《麻省理工科技评论》每年从世界范围内的新兴科技、创新应用中遴选出 35 岁以下对未来科技发展产生深远影响的创新领军人物，涵盖但不限于生物技术、能源材料、人工智能、信息技术、智能制造等新兴技术领域。“35 岁以下科技创新 35 人”（MIT Technology Review Innovators Under 35，简称 TR35）堪称科技领域最权威的青年人才评价体系之一，在产业界和学术界获得了广泛认同。2017 年，TR35 中国评选正式推出，目前已历经五届。
【正在报名】
2022 年“35 岁以下科技创新 35 人”中国评选流程即将启动，更多新一届评选细节请持续关注络绎科学和 DeepTech。若您身边有合适的优秀青年科学家，欢迎点击“阅读原文”进行提名。
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