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PLOS Blogs:揭开黑匣子,“胚胎嵌合体”的更多秘密

2016/05/31 来源:生物探索
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导读
卵子受精及受精卵依附在子宫内壁的那一刻会发生什么,人们对此知之甚少,这也成为了发育生物学的黑匣子。《Genome Research》杂志第五期报道了一种意想不到的现象——胚胎中有些细胞的基因组全来自父本,而有些细胞的基因组全来自母本。

Credit: Maaike Catteeuw, Ghent University

卵子受精及受精卵依附在子宫内壁的那一刻会发生什么,人们对此知之甚少,这也成为了发育生物学的黑匣子。

《The Forever Fix: Gene Therapy and the Boy Who Saved It》的作者、 Ricki Lewis遗传学博士日前在PLOS BLOGS上陈述:每次在我的新书上写以下这段话时,我都情不自禁地去想象第一次细胞分裂时会出发生什么:“生一个健康的宝宝是个概率问题,与精子接触的100个卵子当中,有84个能成功受精,在84颗受精卵中,有69颗可成功植入子宫中,其中42颗可存活一周以上,37颗可存活六周以上,最后只有31颗可发育为胚胎。对于那些不能存活的受精卵,大约一半存在染色体异常,导致后续无法正常发育。”

在受精发育的最初几天里,可能发生很多错误。一个可能发生的早期故障是精子和卵子均不表达。正常的受精卵需要来自双亲的各自一套基因组,基因组双倍的未受精卵无法存活,但失去自身基因组而从两个精子中获得基因组的卵子可形成葡萄胎,葡萄胎是否包含胚胎成分,两种情况皆有可能。

Credit: Stan Beyler, Ph.D.

《Genome Research》杂志第五期报道了另外一种意想不到的现象——胚胎中有些细胞的基因组全来自父本,而有些细胞的基因组全来自母本。该研究由鲁汶大学分子细胞遗传学和基因组学教授Joris R. Vermeesch及其同事共同完成。

研究人员分析了比利时蓝牛(8只)和荷斯坦公牛(2只)体外受精并在合成输卵管液中培养而成的23个胚胎,采集了有代表性的卵裂球(单细胞),并对其进行全基因组扩增和单核苷酸多态性分析(SNP),开发出一种新技术用于协助SNP检测拷贝变异数(CNV)。

在过去,胚胎嵌合体被认为只发生在受精出错的胚胎中:两个精子与同一个卵子受精;两个非常早期的胚胎混合在一起,可受精的卵细胞减数分裂后留下错误的极体。但新研究揭示了“超自然受精”并不是生成不同亲本胚胎的必要条件,它可发生在正常的受精事件中。在该研究中,研究人员发现一些胚胎中某些细胞父本基因组加倍,某些细胞母本基因组加倍,而某些细胞保持正常的二倍体。Vermeesch 教授表示,“这是嵌合现象起源的新发现,这也是导致人类出生缺陷的极其罕见现象。”

在该研究中,23个胚胎中只有6个胚胎的所有细胞都正常,这意味着39%的胚胎卵裂球全基因组存在异常,其中三分之二的胚胎含有额外的染色体组,30%染色体缺失,3%的DNA来自一个亲本。SNP图谱揭示了胚胎中各个亲本的贡献,结果发现一个8室胚胎中有2个细胞仅由零散的父系基因组碎片组成而没有母系基因组;另外一个正常的受精卵分裂成了三组细胞系:一组细胞含有正常的染色体二倍体,一组含有双倍母系基因组,另外一组含有双倍父系基因组。分裂成三组细胞系通常被认为发生在癌细胞或某些昆虫和甲壳类动物细胞中,但在本研究中,这种现象显然发生在正常的受精情况下。

“‘奇迹’并不是一个科学词汇,在胚胎发展旅程中,一切都要保持正确,我觉得每100个受精卵孕育出31个健康的婴儿是真的不可思议” , Ricki Lewis感叹道。

备注:本文编译自PLOS Blogs:《Cow Embryos Reveal New Type of Chromosome Chimera》