中國科學院動物研究所研究員周琪帶領的研究團隊在單倍體干細胞的研究和應用方面取得重要突破，相關研究成果于12月19日在線發表于Cell Stem Cell雜志。單倍體胚胎干細胞同時具有單倍體細胞和胚胎干細胞的特性，由于其只含有一套染色體，不存在等位基因在基因功能上的補償作用，因此是研究隱性基因功能的理想模型。同時，其胚胎干細胞的特性又可以將基因修飾直接遺傳給后代，從而避免了其他轉基因方法種系嵌合等方面的要求，可以極大提高基因修飾的效率及應用范圍。
在最新發表的研究中，該團隊成功地建立了大鼠的單倍體胚胎干細胞系，并證明大鼠單倍體胚胎干細胞在長期培養過程中仍可維持單倍性和多能性。進一步研究證明，針對大鼠單倍體胚胎干細胞進行大規模隨機突變，可以快速地建立涵蓋整個基因組的基因突變細胞庫，從而為大規模基因篩選提供了基礎。利用基因定點修飾技術CRISPR-Cas系統，可快速高效地在單倍體干細胞上進行精確定位的基因修飾或敲除，并且處理后的細胞仍能維持單倍體和多能性狀態。尤為重要的是，該工作證明了大鼠單倍體胚胎干細胞同樣具有替代精子與卵母細胞“受精”并產生健康大鼠的能力。通過種系嵌合和替代精子進行卵胞質注射兩種途徑，該團隊都成功獲得了健康的攜帶基因修飾的大鼠，從而證明大鼠孤雄單倍體胚胎干細胞可以將基因修飾快速地遺傳給后代，為研究基因功能提供了便利。
周琪帶領的研究團隊之前曾先后在Nature等雜志報道建立有功能的小鼠孤雄與孤雌來源的單倍體胚胎干細胞系，并證實這些干細胞可以替代精子或卵子完成受精和胚胎發育，產生健康的小鼠，從而實現遺傳物質從細胞到個體水平上的傳遞。此次的研究成果首次從小鼠之外的哺乳動物中獲得了具有發育功能的單倍體胚胎干細胞系，而且首次利用CRISPR-Cas技術完成對大鼠單倍體胚胎干細胞的多基因敲除，為建立用于大規模基因篩選的純合的基因突變細胞庫打下基礎。鑒于大鼠在生理上比小鼠更類似于人類，這一工作將對人類疾病模型研發和開展基因功能研究起到重要的推動作用。
該研究得到了中科院干細胞與再生醫學戰略性科技先導專項、科技部重大科學研究計劃和國家自然科學基金委的支持。
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