孤(单)性生殖是指亲体不通过性细胞(精子和卵子)的相互作用而产生后代的生殖方式,包括孤雌生殖和孤雄生殖。
单性生殖的发生有些是自然状态下发生的,有些则是在人工诱导下促成的。自然界中植物和低等动物中存在孤雌繁殖方式,哺乳动物虽然也存在卵母细胞的自发激活和卵裂,但这自发孤雌胎通常到囊胚期即停止发育。而孤雄生殖只发生在部分植物中,动物中几乎不存在。
人工孤性生殖指在人工辅助条件下,进行孤雌或孤雄激活,诱导进行孤性生殖。
人工的孤雌激活可分为两种类型:
一种是卵子经物理或化学的方法激活后,启动胚胎发育,在整个发育过程没有任何雄性配子的参与;
另一种是雌核发育(gynogenesis),精子正常地进入并激活了卵子。但精子的细胞核并没有参与胚胎的发育,来自精子的染色体很快消失,胚胎的发育仅在雌核的控制下进行。
与孤雌生殖方法类似,孤雄激活也有两种比较常见的实现方法:
一种是先让卵母细胞正常受精,发育至受精卵的原核期时去掉雌原核;
另一种方法则是先去除次级卵母细胞的细胞核,然后直接将经过处理的精子注射到去核细胞中,进行孤雄激活。
传统观点认为人工诱导的孤雌胚在母体的子宫内均可以着床,但只能发育到一定的阶段,而不能正常出生,是因为哺乳动物存在基因印记,只含有父本或母本遗传物质的胚胎无法正常发育到出生。但利用自发的孤雌发育胚与正常受精的胚胎进行嵌合,胚胎移植后可以获得成活的嵌合体小鼠,说明孤雌发育胚来源的细胞可以嵌合到包括生殖细胞系在内的所有组织中。
2004 年日本东京农业大学科学家的研究成果改写了“单性生殖不可能培育出健康的哺乳类新个体”的结论,研究人员通过剔除H19基因及调节蛋白结合位点序列使一只母鼠的印记基因的表达发生改变,用其早期卵子与一个来自未经改造母鼠的充分长大的卵子融合,孤雌激活后,成功培养出幼鼠并使其发育成具有生殖能力的成年鼠,实现了哺乳类的单性生殖;最近云南农业大学科研团队把猪卵母细胞进行人为的孤雌激活处理,使其发育成胚胎,移植到代孕母猪体内,26 天后,取出胎儿建立孤雌胎儿成纤维细胞系。利用体细胞克隆技术进行连续克隆,最终获得世界上第一批成活的孤雌生殖克隆猪。
上述最新研究成果似乎预示单性生殖也可以在其他动物中实现,但到目前为止尚未在灵长类动物上获得成功,更不可能应用到人类。这不仅因为人类的无性生殖涉及重要的伦理道德问题。而且这种单性繁殖技术的后果与克隆技术一样难以预见,对人类生殖细胞的相关印记基因改造和表观遗传修饰是不被允许。
尽管如此,利用单性生殖技术获得胚胎,可以探讨胚胎发育过程中启动发育的机制、基因表达、核质关系、细胞分化等发育生物学中一系列重要的问题,对于正确认识动物的个体发育、细胞分化,以及核移植和动物克隆具有重要理论价值和实践意义。
引用:黄荷凤 院士 《实用人类辅助生殖技术》