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2023-01-31
馬口魚的精原干細(xì)胞系在體外活了800多天，還發(fā)育成了精子
更新時間：2022-07-23 20:20:52作者：佚名
近日，上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院李名友、桂朗團(tuán)隊關(guān)于魚類精原干細(xì)胞系（spermatogonial stem cells, SSCs）體外誘導(dǎo)精子發(fā)生研究取得進(jìn)展，體外長期穩(wěn)定培養(yǎng)的馬口魚精原干細(xì)胞系可被魚類性腺體細(xì)胞誘導(dǎo)生成精子。
刀鱭體細(xì)胞體外誘導(dǎo)青鳉精原干細(xì)胞精子發(fā)生。本文圖片均為上海海洋大學(xué) 供圖
這是全球首次建立的經(jīng)濟(jì)魚類長期培養(yǎng)精原干細(xì)胞系，它們不僅能體外產(chǎn)生精子，還能存活長達(dá)800天，這為精原干細(xì)胞的進(jìn)一步研究和認(rèn)識提供了基礎(chǔ)，也為保護(hù)魚類瀕危物種、優(yōu)化具有重要經(jīng)濟(jì)價值魚類育種的方式提供了新的思路。
記者從上海海洋大學(xué)了解到，此次研究由該校碩士生陳霄、闞宇婷，及博士后仲穎等人完成，通信作者為李名友教授和桂朗副教授，相關(guān)研究成果發(fā)表于Biology。
發(fā)表于Biology上的相關(guān)成果。
發(fā)表于Biology上的相關(guān)成果。
馬口魚是小型經(jīng)濟(jì)性魚類，從一個個又小又圓的馬口魚精原干細(xì)胞，到在實驗皿內(nèi)能夠發(fā)育出鞭毛自由擺動的精子，長期培養(yǎng)的經(jīng)濟(jì)魚類的生殖干細(xì)胞在培養(yǎng)基中完成了發(fā)育成精子的神奇之旅，屬全球首次。
精原干細(xì)胞經(jīng)過有絲分裂和減數(shù)分裂產(chǎn)生精子，將遺傳信息傳遞給下一代，從而能保證物種的延續(xù)。大量的研究表明，體外重塑精子發(fā)生微環(huán)境可誘導(dǎo)精原干細(xì)胞系分化產(chǎn)生精子。在魚類研究中，體外獲得精原干細(xì)胞系并能夠長期培養(yǎng)是關(guān)鍵性技術(shù)難題。
全球的研究機(jī)構(gòu)都在探索可以獲得長期穩(wěn)定培養(yǎng)的精原干細(xì)胞系，但通常只能獲得最多長達(dá)一個月的魚類精原干細(xì)胞系。李名友和桂朗團(tuán)隊在前輩的研究成果上，將模式魚干細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用于馬口魚及刀鱭中，在全球首次建立體外長期培養(yǎng)的養(yǎng)殖魚——馬口魚精原干細(xì)胞系。
馬口魚精原干細(xì)胞的“神奇”變身。
“我們的馬口魚精原干細(xì)胞系在體外存活了2年多，這應(yīng)該是世界上養(yǎng)殖魚類存活時間最長的了，可謂是精原干細(xì)胞系上的‘吉尼斯’記錄?！崩蠲颜f，“而且它的生長非常穩(wěn)定，具有典型的精原干細(xì)胞基因表達(dá)模式。由此，建立了體外長期培養(yǎng)并產(chǎn)生精子的馬口魚精原干細(xì)胞系，以及能誘導(dǎo)其他魚類精原干細(xì)胞系產(chǎn)生精子的長江刀鱭性腺體細(xì)胞系?！?br/>在實驗室，馬口魚精原干細(xì)胞系與馬口魚精巢細(xì)胞共同培養(yǎng)，細(xì)胞可以進(jìn)入并完成減數(shù)分裂以產(chǎn)生單倍體產(chǎn)物。到了第14天，在培養(yǎng)基中觀察到表達(dá)紅色熒光蛋白的精子細(xì)胞，表明馬口魚精原干細(xì)胞系逐漸誘導(dǎo)為未成熟精子細(xì)胞。在培養(yǎng)16天后，觀察到馬口魚精原干細(xì)胞系分化為更成熟的精子，尾部有輕微擺動行為。這表明，在合適的誘導(dǎo)條件下，馬口魚精原干細(xì)胞系可以進(jìn)入精子發(fā)生階段，產(chǎn)生了“神奇”的精子細(xì)胞。
馬口魚精原干細(xì)胞在斑馬魚體內(nèi)分化成三個胚層的不同細(xì)胞。
實驗人員將馬口魚精原干細(xì)胞系移植到斑馬魚胚胎中，觀察可以看到它們分化形成來源于三個胚層的不同細(xì)胞。此外，還發(fā)現(xiàn)馬口魚精原干細(xì)胞系可以在斑馬魚性腺定植，并產(chǎn)生精子。
馬口魚精原干細(xì)胞誘導(dǎo)分化成體細(xì)胞和精子。
與此同時，另一項研究證明，體細(xì)胞在精子發(fā)生過程中扮演重要角色，可通過運用體細(xì)胞與精原干細(xì)胞系共培養(yǎng)條件模擬體內(nèi)微環(huán)境，誘導(dǎo)精原干細(xì)胞系體外分化，經(jīng)歷減數(shù)分裂產(chǎn)生精子細(xì)胞。
此次研究突破了無法長期培養(yǎng)養(yǎng)殖魚類精原干細(xì)胞系的問題，通過體內(nèi)外的多角度誘導(dǎo)和移植研究，使精原干細(xì)胞系體外形成了精子。這為對精原干細(xì)胞系的進(jìn)一步研究和認(rèn)識提供了基礎(chǔ)，也為保護(hù)魚類瀕危物種、優(yōu)化具有重要經(jīng)濟(jì)價值魚類育種的方式提供了新的思路。
后續(xù)，李名友、桂朗團(tuán)隊還將結(jié)合干細(xì)胞培養(yǎng)和誘導(dǎo)技術(shù)、基因編輯技術(shù)和細(xì)胞移植技術(shù)等多種研究手段，建立繁殖困難、繁殖周期長、珍稀或瀕危魚類生殖干細(xì)胞體系，開展生殖干細(xì)胞基因編輯介導(dǎo)的養(yǎng)殖魚類優(yōu)良種質(zhì)創(chuàng)制新技術(shù)。