在自然环境中，哺乳动物通过严格的有性生殖繁衍后代，有效地保障种群的遗传多样性。但在农业畜牧业、濒危动物保护、宠物复制、疾病模型创制和再生医学研究等诸多领域，人们往往需要获得基因组遗传物质完全一致的个体。体细胞克隆技术便是通过将体细胞核移植到去核卵母细胞中，经重编程形成全能性的胚胎，进而发育成与供体细胞核基因组完全相同的克隆动物。然而，长期以来，体细胞克隆技术因其克隆效率低下，严重制约了在实际生产和科研中的应用。如何提高体细胞克隆效率是这一领域的核心问题。
近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所陆发隆团队和中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心孙强、刘真团队合作，在《先进科学》（Advanced Science）上发表了题为Efficient somatic cell nuclear transfer by overcoming both pre- and post-implantation epigenetic barriers的研究论文。该研究通过组合技术策略同时突破了体细胞克隆胚胎发育过程中着床前和着床后表观遗传障碍，实现了目前最高水平的小鼠体细胞克隆胚胎出生率，为哺乳动物高效体细胞克隆提供了一种切实可行的技术策略。
体细胞克隆胚胎具有完整的卵母细胞细胞质以及与供体细胞一致的基因组DNA序列，其发育效率低下主要源于表观遗传异常导致的基因表达紊乱。此前有研究发现，在着床前体细胞克隆胚胎中存在H3K9me3、H3K4me3和组蛋白乙酰化等多种组蛋白修饰异常，干预这些异常组蛋白修饰可有效改善胚胎的着床前发育。进一步，有研究发现小鼠体细胞克隆胚胎中非典型基因印记缺失；进而通过在供体细胞中多基因杂合敲除以模拟主要非典型印记基因的印记表达状态，证明修复非典型基因印记能有效改善体细胞克隆胚胎的着床后发育。然而，之前尚未有研究能同时解决着床前与着床后的表观遗传障碍，且现有用于修复着床后非典型印记的方法技术难度极大。
此项研究中，研究团队通过对体细胞克隆胚胎施以组蛋白去乙酰化酶抑制剂曲古抑菌素A (TSA)处理，同时向胚胎中注射编码H3K9me3去甲基化酶Kdm4d和H3K4me3去甲基化酶Kdm5b的mRNA干预异常组蛋白修饰，有效解决了体细胞克隆胚胎着床前发育表观遗传障碍。同时，利用四倍体补偿技术替换了克隆胚胎的滋养层细胞，有效处理了克隆胚胎胎盘组织中非典型基因印记缺失问题，从而解决了体细胞克隆胚胎着床后发育表观遗传障碍。通过这种组合体细胞克隆胚胎表观遗传障碍干预技术策略，实现了体细胞克隆小鼠移植胚胎约30%的出生率。
该研究首次在单一体细胞克隆胚胎内同时克服了着床前和着床后发育的主要表观遗传障碍，且无需对供体细胞进行额外的遗传修饰，极大提高了哺乳动物体细胞克隆的整体效率，有望为今后大型哺乳动物通过体细胞克隆进行成本可控的高效繁殖提供新技术策略。
该研究得到科技部、中国科学院、国家自然科学基金委等的支持。
研究方法示意图
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