為何複製動物會失敗,用 RNA 定序從基因找原因

作者 | 發布日期 2017 年 01 月 08 日 12:00 | 分類 生物科技 , 科技教育 follow us in feedly

距離多莉羊在蘇格蘭被成功複製後已經過了 20 年,在 2003 年也有兩隻分別叫 Dot 和 Ditto 的複製牛(見首圖)於加州大學戴維斯分校健康地出生。不過其他的複製動物可就沒那麼好運了,尤其許多哺乳類動物的胚胎根本無法長成成體。



在解決問題之前,我們先來看看複製動物是怎麼做的:科學家們利用一種名為「體細胞核轉移」的技術將成熟的細胞核移到未受精且細胞核已被剔除的卵子,然後電擊細胞使其生長,之後再將此胚胎移到「代理孕母」的子宮內生長。

過程看似順利,成功率卻不如預期的高,甚至還異常地低,到目前為止只有低於一成的動物可以存活。主要原因在於無法成功著床或胎盤帶有缺陷,因而造成胚胎死亡。

RNA 定序顯示複製動物在基因表現上的問題

12 月 8 日在《國家科學與學術進展》期刊上刊登了一篇研究:為了深入了解導致高失敗率的分子機制,來自加州大學戴維斯校區的演化與生態學教授哈里斯.列溫和來自美、法國的同事使用 RNA 定序去檢查複製牛在著床過程中的基因表現。這項研究倚賴了法國的複製技術,和美國在功能性基因體上的專業並歷經 13 年之久才醞釀而成的。

列溫說:「我們的任務是找到複製過程中會遇到的問題。這項研究讓我們對細胞核轉移如何影響到胚外組織的基因表現,以及複製動物和他們的代理孕母之間的連繫有了全新的定義。」

法國國家農業研究所的領導者奧立佛‧珊德拉則明說已有大量的數據揭示著床時期胚胎流失的機制。以下就是他們的做法:

他們從同一個細胞株選殖出牛的胚胎,分別在發育 18 和 34 天後研究組織,除此之外他們也分別研究懷孕的牛的子宮以及利用人工授精的非複製牛。

利用 RNA 定序,他們發現許多異常表現的基因會導致選殖胚胎的死亡率變高。在發育 18 天後,複製牛的胚外組織已出現超過 5 千個基因表現異常。

當他們去比對使用老鼠做基因剔除技術的資料庫,結果找到 123 個和胚外組織異常相關的功能性基因、121 個和胚胎致死相關、還有 14 個和胚胎著床異常有關的基因。

不過在發育 34 天後情況卻有了轉變:基因表現近似於那些人工授精的控制組。這些結果暗示胚外組織中的發育基因異常導致胚胎在著床前大量流失。

研究成果可不只如此,他們還發現干擾素 tau 和基因的負調控有關,這是辨識懷孕的主要荷爾蒙訊號;複製牛本身也會影響懷孕牛的基因表現:在第 34 天一些子宮組織的基因表現也變得不同,甚至會影響到胚盤。

珊德拉說:「我們證實子宮與胚外組織在著床階段之間的聯繫是懷孕的主要障礙。現在我們了解為何複製動物會失敗,因此可以在複製動物上取得更大的進展。」不過他也提醒:「這項發現也證明複製人一定要有更嚴謹的機制,不管你是出於何種目的。」

若複製牛的成功率可以提高,勢必能成為畜牧業一項十分重要的應用;在教學用途上也可以研究哺乳動物的發育過程。列溫最後說:「更驚人的是,即使障礙重重,仍有複製動物可以存活下來,可見發育中的動物在極端環境中也有如此巨大的適應能力。」

(首圖來源:UC Davis Department of Animal Science) 

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