作者:张双虎  黄辛 来源:中国科学报 发布时间:2022/7/24 18:28:31
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全球首次!精原干细胞体外生成精子存活800天
为濒危鱼类保护、经济鱼类优化育种提供新思路

 

近日,上海海洋大学水产与生命学院教授李名友、副教授桂朗团队关于鱼类精原干细胞系(SSCs)体外诱导精子发生研究取得进展,体外长期稳定培养的马口鱼精原干细胞系可被鱼类性腺体细胞诱导生成精子。相关研究已发表于《生物学》。

马口鱼精原干细胞的“神奇”变身.png

马口鱼精原干细胞的“神奇”变身        受访者供图

这是全球首次建立的经济鱼类长期培养精原干细胞系,它们不仅能体外产生精子,还能存活长达800天,这为精原干细胞的进一步研究和认识提供了基础,也为保护鱼类濒危物种、优化具有重要经济价值鱼类育种的方式提供了新的思路。

马口鱼是小型经济性鱼类,从一个个又小又圆的马口鱼精原干细胞,到在实验皿内能够发育出鞭毛自由摆动的精子,长期培养的经济鱼类的生殖干细胞在培养基中完成了发育成精子的神奇之旅,属全球首次。

精原干细胞经过有丝分裂和减数分裂产生精子,将遗传信息传递给下一代,从而能保证物种的延续。大量的研究表明,体外重塑精子发生微环境可诱导精原干细胞系分化产生精子。在鱼类研究中,体外获得精原干细胞系并能够长期培养是关键性技术难题。

全球的研究机构都在探索可以获得长期稳定培养的精原干细胞系,但通常只能获得最多长达一个月的鱼类精原干细胞系。李名友和桂朗团队在前辈的研究成果基础上,将模式鱼干细胞培养技术应用于马口鱼及刀鲚中,在全球首次建立体外长期培养的养殖鱼——马口鱼精原干细胞系。

马口鱼精原干细胞在斑马鱼体内分化成三个胚层的不同细胞.png

马口鱼精原干细胞在斑马鱼体内分化        受访者供图

“我们的马口鱼精原干细胞系在体外存活了两年多,这应该世界上养殖鱼类存活时间最长的了,可谓是精原干细胞系上的‘吉尼斯’记录。”李名友说,“而且它的生长非常稳定,具有典型的精原干细胞基因表达模式。由此,建立了体外长期培养并产生精子的马口鱼精原干细胞系,以及能诱导其他鱼类精原干细胞系产生精子的长江刀鲚性腺体细胞系。

在实验室,马口鱼精原干细胞系与马口鱼精巢细胞共同培养,细胞可以进入并完成减数分裂以产生单倍体产物。到了第14天,在培养基中观察到表达红色荧光蛋白的精子细胞,表明马口鱼精原干细胞系逐渐诱导为未成熟精子细胞。在培养16天后,观察到马口鱼精原干细胞系分化为更成熟的精子,尾部有轻微摆动行为。这表明,在合适的诱导条件下,马口鱼精原干细胞系可以进入精子发生阶段,产生了“神奇”的精子细胞。

实验人员将马口鱼精原干细胞系移植到斑马鱼胚胎中,观察可以看到它们分化形成来源于三个胚层的不同细胞。此外,还发现马口鱼精原干细胞系可以在斑马鱼性腺定植,并产生精子。

与此同时,另一项研究证明,体细胞在精子发生过程中扮演重要角色,可通过运用体细胞与精原干细胞系共培养条件模拟体内微环境,诱导精原干细胞系体外分化,经历减数分裂产生精子细胞。

此次研究突破了无法长期培养养殖鱼类精原干细胞系的问题,通过体内外的多角度诱导和移植研究,使精原干细胞系体外形成了精子。这为对精原干细胞系的进一步研究和认识提供了基础,也为保护鱼类濒危物种、优化具有重要经济价值鱼类育种的方式提供了新的思路。

下一步,该团队还将结合干细胞培养和诱导技术、基因编辑技术和细胞移植技术等多种研究手段,建立繁殖困难、繁殖周期长、珍稀或濒危鱼类生殖干细胞体系,开展生殖干细胞基因编辑介导的养殖鱼类优良种质创制新技术。

相关论文信息:https://doi.org/10.3390/biology11071069

 
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