自从克隆多莉羊成功后,我心里一直好奇,如果把克隆出的动物的细胞核拿出来,再去做新的克隆,是不是就能子子孙孙无穷尽呢?
今天《自然-通讯》发表的一篇论文告诉了我们答案:不行。
经过20年的尝试、58代繁衍以及超过3万次克隆实验,一支研究团队终于触及了单只小鼠连续克隆次数的极限。研究发现,在克隆几十代后,细胞核里积累的基因突变就会积重难返,让生命无以为继。
1997年,日本甲府市山梨大学的生殖生物学家若山照彦(Teruhiko Wakayama)及其同事成功克隆出了一只小鼠。
此后,他们不断推动小鼠克隆技术的边界。这些技术看起来有些黑暗,比如他不止使用过来自活体小鼠的细胞,还使用过死亡小鼠、冷冻16年的死亡小鼠、冻干细胞,甚至小鼠尿液中的细胞进行克隆。他目前还在尝试利用小鼠粪便中的细胞进行克隆。
他和同事还成功使用冻干精子为小鼠胚胎授精,这些胚胎曾在国际空间站绕地球运行近六年。
几十年前,他与同为山梨大学生殖生物学家、也是其妻子的若山清香(Sayaka Wakayama)开始了一项实验,试图回答一个问题:仅通过克隆,一只小鼠的遗传物质能传递多久?
2013年,他们报告称,已经建立了一条延续25代的小鼠谱系。“动物或许可以被无限次重新克隆,”若山及其同事当时在《Cell Stem Cell》上写道。
但不久之后,问题出现了。尽管若山团队努力保持实验条件的一致性,但从第27代开始,小鼠的克隆变得越来越困难。到了第58代,他们已经完全无法再进行克隆。
研究人员开始寻找可能的原因,比如DNA上的化学修饰标记,这些标记会影响基因活性。但他们观察到的最大差异,出现在DNA序列本身——在克隆谱系中,大规模突变以异常高的速度不断累积,其中甚至包括整条染色体的缺失。
若山估计,这些克隆小鼠的突变率大约是正常小鼠的三倍。尤其是在后期世代中,大规模的DNA变化开始不断累积——包括染色体片段被删除、翻转,或从一条染色体转移到另一条染色体上。甚至有一整条X染色体完全丢失。最终,这种基因层面的混乱使得继续产生新的克隆个体变得不可能。
“这项研究首次通过实验表明,如果在哺乳动物中持续进行无性繁殖,突变会在代际之间不断累积,并最终导致这一谱系的终结,”日本筑波理化学研究所生物资源研究中心的生殖生物学家小仓敦夫(Atsuo Ogura)说。
