[科普中国]-基因编辑使操控小鼠性别成为可能

自然界中的哺乳动物出生的性别比例向来都是平衡的，即使不是绝对的一比一比例，这个数值也差不到哪儿去。平衡的背后源于进化，决定于基因。

如果编辑了基因，是不是就可以改变动物出生的性别比例呢？答案是肯定的。最近，以色列的科学家通过基因编辑技术控制了小鼠的性别出生比例，让小鼠几乎只能生出雌性小鼠。

图源：文献1

哺乳动物的性别是如何被决定的？

早期的研究认为哺乳动物的性别由性染色体决定的。雄性是XY，雌性是XX。而性染色体内含有决定哺乳动物性别的关键基因，如SRY基因、DAX1基因等。后来科学家发现，哺乳动物的性别也取决于常染色体，因为常染色体内也含有与性别有关的基因。

图源：Wikipedia

目前科学界对哺乳动物的性别决定机制达成的基本共识是，哺乳动物的性别由性染色体和常染色体上的性别决定基因控制。

其中常染色体和Y染色体以雄性化基因占优势，X染色体以雌性化基因占优势。最终的性别分化方向取决于这两类基因系统力量的对比。换言之，即使两性异形的雌雄个体在性别遗传基础上仍是混合体，当环境条件发生改变时， 性别的发育方向将会受到干扰，出现中间性别和性别转变。

控制生育性别这事，非哺乳动物很擅长

而这正是自然界中一些非哺乳动物达到控制性别的方式，能让它们想生公也行，生母也行。

蚂蚁 图源：Wikipedia

比如像蚂蚁、蜜蜂这样的社会性动物，这些昆虫会判断哪种性别对群体更“有用”，以此决定“生男”或“生女”。通过主动控制是否让卵子受精来控制后代的性别比例，受精卵将发育成雌性，未受精卵将发育成雄性。

而对于一些爬行动物如海龟，它们则可以通过环境温度来改变性别的出生比例，这种影响因素也叫做温度依赖性决定因素（TSD）。当受精卵暴露在较热的温度中导致后代是一种性别，而较冷的温度导致另一种性别。

其他的一些植物、鱼类和鸟类也都可以根据繁育的需要，来控制性别的出生比例，以获得更好的生存。

但是对于哺乳动物来说，要想做到这一点，就得通过人工干预了。当然，畜牧业早有这样的性别控制技术。

美国XY公司利用分离后的精液进行奶牛人工授精，雌性后代的比例可以达到80%～90%，极受农场主青睐；英国Cogent公司提供分离后的精液给农场主应用，有效率可以达到90%左右。

母奶牛 图源：Wikipedia

这种商业运作的性别控制技术，其原理在于分离X、Y精子，分离之后就可以想合出XY也行，想合出XX也行。只不过这些方法比较麻烦，运用的仪器（流式细胞仪）也比较昂贵。

是否有一劳永逸的性别控制技术？

所以就有科学家想通过基因编辑技术，让畜牧业用上一劳永逸的性别控制技术。

从基因层面控制性别，主要是利用即基因打靶技术对性别决定基因进行剔除或者插入。其中亲代雌鼠编码了一种Cas9核酸酶，这是一种基因编辑蛋白，在向导RNA（gRNA）的指引下，在常染色体上的特定位点完成切割。而亲代雄鼠则利用向导RNA在Y染色体上编辑。

然后，让这些经过基因编辑后的亲代小鼠交配。雌性为XY，没有Y染色体，生下来的子代雌鼠不会受到影响，这是因为基因编辑的是雄鼠的Y染色体，特异性破坏雄性胚胎中的必需基因，结果雄性生殖细胞发育过程中出现异常，导致大多数雄性小鼠还未发育就在母胎中没了。

图源：文献1

结果是生下来的的那一窝31只小鼠中，除了死掉的那8只，剩下来的只有3只是雄的，但都很小只，而且其中1只还是畸形的，另外20只是雌的。这些小鼠在7天后成功断奶活了下来。

图源：文献1

生出来的畸形雄性小鼠 图源：文献1

这是科学史上第一次通过基因编辑技术，控制了哺乳动物的性别出生比例。该研究于7月1日发表在EMBO reports上。

为什么要控制动物性别出生比例呢？

目前这项研究主要是想服务畜牧业。

拿养鸡来说，人类养鸡通常是为鸡蛋或鸡肉，而对于现代家禽养殖户来说，公鸡是一个长期存在的麻烦。由于公鸡无法下蛋，并且无法像母鸡那样快速增重，所以总在刚孵化后就被杀死，这在畜牧业是再正常不过的一件事。

图源：www.longroom.com

而如果这项技术扩展到了养鸡业，那就可以大大提高了畜牧业的生产效率，也没有那么残忍了。

图源：文献1

对于奶牛场来说，只有母牛才能产奶，所以只有通过性别控制才能获得更多的母牛，来增加牛奶产量。

对于猪来说，要知道你吃的猪基本都是阉的公猪或者母猪。你会问为什么要阉啊？最明显的影响就是因为公猪味道很骚，不好吃，所以都阉了，而阉猪又费时费力，所以如果有性别控制技术会方便很多。

当前，利用基因编辑技术决定性别还是有很多的未知，对于其产生的风险也认识也还不够，比如实验中生下来的一只雄性小鼠是畸形。该研究只是简单控制了小鼠出生的性别比例，为后边的研究做铺垫，真正要运用到市场还有很长的路要走。

不过很多科学家也对这项研究抱着怀疑的态度，毕竟，这项技术可以改变小鼠的性别，也能改变人的性别。而如果这项技术被不怀好心的人运用到人的身上，将是很恐怖的事情。对于研究者，这也是需要谨慎考虑的。这项研究未来会怎样发展，还有待观察。

图源：网页截图

参考文献：

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