科學家通過基因編輯成功操控了出生小鼠性別

出品：科普中國

製作：蘇澄宇

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

自然界中的哺乳動物出生的性別比例向來都是平衡的，即使不是絕對的一比一比例，這個數值也差不到哪兒去。平衡的背後源於進化，決定於基因。

如果編輯了基因，是不是就可以改變動物出生的性別比例呢？答案是肯定的。最近，以色列的科學家通過基因編輯技術控制了小鼠的性別出生比例，讓小鼠幾乎只能生出雌性小鼠。

哺乳動物的性別是如何被決定的？

早期的研究認為哺乳動物的性別由性染色體決定的。雄性是XY，雌性是XX。而性染色體內含有決定哺乳動物性別的關鍵基因，如SRY基因、DAX1基因等。後來科學家發現，哺乳動物的性別也取決於常染色體，因為常染色體內也含有與性別有關的基因。

目前科學界對哺乳動物的性別決定機制達成的基本共識是，哺乳動物的性別由性染色體和常染色體上的性別決定基因控制。

其中常染色體和Y染色體以雄性化基因佔優勢，X染色體以雌性化基因佔優勢。最終的性別分化方向取決於這兩類基因系統力量的對比。換言之，即使兩性異形的雌雄個體在性別遺傳基礎上仍是混合體，當環境條件發生改變時， 性別的發育方向將會受到干擾，出現中間性別和性別轉變。

控制生育性別這事，非哺乳動物很擅長

而這正是自然界中一些非哺乳動物達到控制性別的方式，能讓它們想生公也行，生母也行。

比如像螞蟻、蜜蜂這樣的社會性動物，這些昆蟲會判斷哪種性別對群體更“有用”，以此決定“生男”或“生女”。通過主動控制是否讓卵子受精來控制後代的性別比例，受精卵將發育成雌性，未受精卵將發育成雄性。

而對於一些爬行動物如海龜，它們則可以通過環境溫度來改變性別的出生比例，這種影響因素也叫做溫度依賴性決定因素（TSD）。當受精卵暴露在較熱的溫度中導致後代是一種性別，而較冷的溫度導致另一種性別。

其他的一些植物、魚類和鳥類也都可以根據繁育的需要，來控制性別的出生比例，以獲得更好的生存。

但是對於哺乳動物來說，要想做到這一點，就得通過人工乾預了。當然，畜牧業早有這樣的性別控制技術。

美國XY公司利用分離後的精液進行奶牛人工授精，雌性後代的比例可以達到80%~90%，極受農場主青睞；英國Cogent公司提供分離後的精液給農場主應用，有效率可以達到90%左右。

這種商業運作的性別控制技術，其原理在於分離X、Y精子，分離之後就可以想合出XY也行，想合出XX也行。只不過這些方法比較麻煩，運用的儀器（流式細胞儀）也比較昂貴。

是否有一勞永逸的性別控制技術？

所以就有科學家想通過基因編輯技術，讓畜牧業用上一勞永逸的性別控制技術。

從基因層面控制性別，主要是利用即基因打靶技術對性別決定基因進行剔除或者插入。其中親代雌鼠編碼了一種Cas9核酸酶，這是一種基因編輯蛋白，在向導RNA（gRNA）的指引下，在常染色體上的特定位點完成切割。而親代雄鼠則利用向導RNA在Y染色體上編輯。

然後，讓這些經過基因編輯後的親代小鼠交配。雌性為XY，沒有Y染色體，生下來的子代雌鼠不會受到影響，這是因為基因編輯的是雄鼠的Y染色體，特異性破壞雄性胚胎中的必需基因，結果雄性生殖細胞發育過程中出現異常，導致大多數雄性小鼠還未發育就在母胎中沒了。

結果是生下來的的那一窩31隻小鼠中，除了死掉的那8隻，剩下來的只有3只是雄的，但都很小隻，而且其中1隻還是畸形的，另外20只是雌的。這些小鼠在7天后成功斷奶活了下來。

這是科學史上第一次通過基因編輯技術，控制了哺乳動物的性別出生比例。該研究於7月1日發表在EMBO reports上。

為什麽要控制動物性別出生比例呢？

目前這項研究主要是想服務畜牧業。

拿養雞來說，人類養雞通常是為雞蛋或雞肉，而對於現代家禽養殖戶來說，公雞是一個長期存在的麻煩。由於公雞無法下蛋，並且無法像母雞那樣快速增重，所以總在剛孵化後就被殺死，這在畜牧業是再正常不過的一件事。

而如果這項技術擴展到了養雞業，那就可以大大提高了畜牧業的生產效率，也沒有那麽殘忍了。

對於奶牛場來說，只有母牛才能產奶，所以只有通過性別控制才能獲得更多的母牛，來增加牛奶產量。

對於豬來說，要知道你吃的豬基本都是閹的公豬或者母豬。你會問為什麽要閹啊？最明顯的影響就是因為公豬味道很騷，不好吃，所以都閹了，而閹豬又費時費力，所以如果有性別控制技術會方便很多。

當前，利用基因編輯技術決定性別還是有很多的未知，對於其產生的風險也認識也還不夠，比如實驗中生下來的一隻雄性小鼠是畸形。該研究只是簡單控制了小鼠出生的性別比例，為後邊的研究做鋪墊，真正要運用到市場還有很長的路要走。

參考文獻：

Yosef, I., Edry‐Botzer, L., Globus, R., Shlomovitz, I., Munitz, A., Gerlic, M., & Qimron, U. (2019). A genetic system for biasing the sex ratio in mice. EMBO Reports. doi:10.15252/embr.201948269