牛基因研究显示了大多数克隆失败的原因

自从多利羊成功克隆到苏格兰已有20年，但克隆哺乳动物仍然是一个挑战。美国和法国研究人员在开发克隆基因表达方面的一项新研究表明，为什么大多数克隆胚胎可能会失败。使用“体细胞核移植”技术克隆多莉，当来自成体细胞的细胞核转移到已经去除其细胞核的未受精卵中，然后用电击震以开始细胞生长。然后将胚胎转移到携带克隆出生的受体母亲身上。克隆牛是一项农业上重要的技术，可用于研究哺乳动物的发育，但成功率仍然很低，通常只有不到10%的克隆动物存活至出生。大部分损失是由于胚胎死亡，植入过程中的失败或胎盘缺陷的发展。

RNA测序突出了克隆中基因表达的问题

在12月8日发表在“ 美国国家科学院院刊”上的一项研究中，加州大学戴维斯分校进化与生态学系教授Harris Lewin及其同事利用RNA测序研究了克隆奶牛的基因表达植入过程中，以便更好地了解导致克隆妊娠率高的分子机制。该研究是12年合作的结晶，将法国团队在克隆和生殖生物学方面的专业知识与美国团队在功能基因组学方面的专业知识相结合。

“我们的工作解决了与克隆过程相关的基本问题，”Lewin说。“该研究重新定义了我们对核重编程如何影响克隆牛胚胎胚外组织中基因表达的理解，以及克隆与其受体母亲之间的精密交流。”“我们合作产生的大量数据揭示了植入时胚胎损失的机制，”法国国家农业研究所研究小组负责人Olivier Sandra说。“它们还提供了关于植入时发生的事件如何推动妊娠进展并塑造后代在牛以及其他哺乳动物物种中的后代表型的新见解。”

研究人员研究了来自克隆牛胚胎的组织 - 所有这些都来自同一细胞系 - 在发育的第18天和第34天，以及相应的怀孕母牛的子宫内膜。他们还研究了使用人工授精构建的非克隆奶牛。利用RNA测序，研究人员发现了多种基因，其异常表达可导致克隆胚胎的高死亡率，包括未能在子宫内植入和未能发育正常胎盘。研究人员在第18天观察了克隆奶牛的胚外组织，发现5000多个基因的异常表达。

小鼠基因组的教训

当他们将结果与Mouse Genomic Informatics Knockout数据库进行比较时，他们发现123个基因与异常胚胎外组织形态的功能注释相对应，121与胚胎致死性相关，14个与胚胎植入异常相关。

然而，到发育的第34天，基因表达的模式与源自人工授精的对照奶牛更相似，表明这些存活的克隆能够植入子宫并开始形成胎盘。这些结果表明，植入前克隆奶牛的大量损失可能是由于胚外组织中关键发育基因的问题。

该研究还揭示了克隆潜在失败的其他方面，包括发育中的克隆胚胎与怀孕母牛之间的激素信号传导问题。例如，该研究发现干扰素tau中涉及的基因的下调是妊娠识别的主要信号。克隆似乎也对怀孕母牛自身的基因表达产生影响; 在第34天，一些子宫组织显示出完全不同的基因表达，这可能影响胎盘。

“我们的数据证实，子宫和胚胎外胚胎组织之间的相互作用在植入过程中至关重要，这使得这一步骤成为妊娠进展的主要障碍，”桑德拉说。“我们现在明白为什么克隆失败，这可以改善动物克隆过程，”Lewin说。但是，他告诫说，“我们的发现也强调了为任何目的严格禁止人类克隆的必要性。”“令人惊讶的是，这个过程完全起作用，证明了开发动物必须适应极端条件的巨大可塑性，”Lewin说。