Nature重磅！性行为太复杂，科学家首次赋予动物“处女”生殖能力

“在动物中，性行为非常复杂，孤雌生殖是最有效的繁殖方式。”瑞士洛桑大学进化生物学家塔尼娅-施万德（Tanja Schwander）说。

孤雌生殖产生的单亲后代只有母体基因组，通常也称“处女”生育。18 世纪中叶，科学家首次在蚜虫中观察到这种现象。兼性孤雌生殖允许在有性生殖和孤雌生殖之间转换，而强制性孤雌生殖则不容易进行有性生殖。迄今为止，孤雌生殖的潜在机制只能从绕过有性生殖的阶段来推断。

近日，科学家们首次利用基因工程技术改变了雌性果蝇的基因组，使它们能够在没有雄性果蝇参与的情况下引发了孤雌生殖，而雌性动物通常需要雄性伴侣才能繁衍后代。相关研究成果以A genetic basis for facultative parthenogenesis in Drosophila为题，在《Current Biology》杂志发表。

Nature杂志也对此做了专题报道，首次将“处女生育”基因工程植入雌性动物体内

孤雌生殖在许多动植物门中进化。尽管在大多数动物中不需要来自父母双方的互补遗传贡献，但在哺乳动物中，性别特异性表观遗传标记指导大约 150 个基因的单等位、亲本特异性表达，防止仅具有母体基因组的胚胎发育。

在此之前，科学家已经在没有雄性亲本基因输入的情况下培育出了幼鼠和青蛙。例如，2018年来自中国科学院动物研究所的李伟课题组、周琪课题组和胡宝洋课题组团队合作在《Cell Stem Cell》发表论文。研究利用干细胞技术和基因编辑技术，得到了健康的双母亲来源的小鼠，和世界上首只双父亲来源的小鼠。

这项研究让同性小鼠产生后代，首次实现哺乳动物孤雄生殖。

与青蛙和小鼠的非遗传性孤雌生殖相反，如果满足特定的发育要求，许多动物会进行自然可遗传的孤雌生殖。因此，该研究中科学家首次赋予雌性动物孤雌生殖的能力而产生后代。

据该研究的共同作者、英国剑桥大学发育生物学家亚历克西斯-斯珀林（Alexis Sperling）说，早先的研究发现了孤雌生殖的候选基因。在这篇研究中，她的团队不仅确定了这些基因，还通过在另一个物种中激活这些基因证实了它们的功能。

不需要雄性也能生育！

在哺乳动物中，雄性动物的精子与雌性动物的卵子受精后会产生后代。但是，许多昆虫和蜥蜴物种以及其他动物也进化出了孤雌生殖技术，这种技术不需要雄性基因的参与，可以替代性行为。

为了确定孤雌生殖的基础基因，斯珀林和她的同事们对丝光果蝇的两个品系进行了基因组测序：一个品系通过有性生殖，另一个品系通过孤雌生殖。然后，研究人员比较了能进行孤雌生殖的苍蝇卵和只能进行有性生殖的苍蝇卵中的基因活动，以确定在一个过程中起作用而在另一个过程中不起作用的基因。

研究人员通过比较，发现了 44 个可能参与孤雌生殖的基因。而如果改变了黑腹果蝇相应的基因，这种果蝇通常不能进行无性生殖。

经过不断地尝试，在改变了不同的基因组合后，科学家们找到了一种能诱导大约11%的雌果蝇孤雌生殖的基因组合。对这些基因进行改造后，果蝇的一些后代也能够孤雌生殖。

比性行为更简单

瑞士洛桑大学进化生物学家塔尼娅-施万德（Tanja Schwander）说："在动物中，进行性行为非常复杂，孤雌生殖是最有效的繁殖方式。她认为，研究孤雌生殖有助于生物学家了解与有性生殖相关的益处和权衡。

此外。一些农业害虫利用孤雌生殖来快速繁殖，从而增强其破坏农作物的能力。例如，在英国，由于杀虫剂的广泛使用破坏了雄蛾的繁殖，一种飞蛾转而利用孤雌生殖。Sperling 说，现在这种飞蛾已经成为一种主要害虫。她希望研究哪些政策和害虫管理策略会引发害虫依赖孤雌生殖--这些知识有助于控制害虫。

更有趣的！男男生子也不是梦？

在第三届国际人类基因组编辑峰会上，日本九州大学的研究人员报告说，他们首次利用两只雄性小鼠的细胞培育出了有活力的卵子，从而培育出了后代。

研究人员对雄性小鼠的皮肤细胞进行了重编程，以产生诱导多能干细胞（iPSC）。然后，研究人员从这些细胞中移除Y染色体，并"复制 "了X染色体，从而产生了具有两条X染色体的iPSC，将其培养在类似卵巢的器官中，形成卵子，并与正常精子受精。

最终，代孕小鼠产下了七只健康幼鼠，其成年后还能继续繁殖。不过，在尝试同性小鼠繁殖的过程中，只有两只雌性小鼠能够产下健康的后代，其他的后代存在生理缺陷，无法存活到成年。

研究人员认为，单纯从技术角度来看，通过从人类雄性皮肤细胞中培养出有活力的卵子，有希望在十年内实现人类的同性繁殖。

参考资料：

https://doi.org/10.1038/d41586-023-02404-zhttps://doi.org/10.1016/j.cub.2023.07.006 (2023).

https://doi: 10.1016/j.stem.2018.09.004