点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:高绍荣院士:表观遗传决定细胞“命运”,助力大动物智能育种
首页> 光明科普> 农业农村频道> 三农看点 > 正文

高绍荣院士:表观遗传决定细胞“命运”,助力大动物智能育种

来源:光明网2025-10-24 09:51

    我们每个人最初都只是一个小小的受精卵,它所带有的DNA和后来的皮肤细胞、心脏细胞没差别,怎么就能变出200多种不一样的细胞?

    在2025WAFI国际智能育种论坛上,中国科学院院士、同济大学教授、院长高绍荣带来了答案——这背后藏着“表观遗传”的神奇力量。

高绍荣院士:表观遗传决定细胞“命运”,助力大动物智能育种

早期胚胎发育与体细胞重编程中的细胞命运转变。图源演讲者幻灯片

    什么是“表观遗传”?如果把细胞里的DNA比作一本固定的“遗传剧本”,那“表观遗传”就是给剧本贴的各种“小标签”:有的标签会让某个基因“上台表演”,也就是激活它表达;有的标签会让基因“安静待着”,也就是抑制它。这些标签不改变DNA本身,却能决定细胞的“命运”——它会变成什么样子、怎么发育。高绍荣团队主要对两种“标签”进行研究:一种是给包裹DNA的“组蛋白”加修饰,另一种是给RNA加修饰,就是这两种修饰在悄悄指挥细胞和胚胎的生长。

    团队最先研究的是正常胚胎发育里这些“标签”的作用。他们发现,组蛋白上的修饰特别关键,比如两种常见的“标签”:H3K4三甲基化是“启动键”,贴上它基因就会开始工作;H3K27三甲基化是“暂停键”,贴上它基因就会歇着。更有意思的是干细胞里的情况,有些基因会同时贴着“启动键”和“暂停键”,这叫“Bovalent现象”,正是这种现象让干细胞能保持“万能”——能变成各种细胞,要是没了这个现象,干细胞很快就会定型,没法再灵活转变了。

    还有一种叫H3K9三甲基化的修饰,像个“守护者”,我们基因组里有很多会乱跳的“捣乱片段”叫转座子,这种修饰能把它们“锁住”,尤其是胚胎早期,能防止这些片段搞破坏,让胚胎顺利发育。而且团队在小鼠和人的早期胚胎里都看到了这种规律,说明这些发现对人类研究也有用。

高绍荣院士:表观遗传决定细胞“命运”,助力大动物智能育种

表观遗传修饰在决定细胞命运调控中的作用。图源演讲者幻灯片

    除了组蛋白修饰,RNA上的修饰也很重要。卵母细胞是体内最大的细胞,里面存了好多“母源RNA”,这些RNA是早期胚胎的“能量补给”。团队发现一种叫m6A的RNA修饰,在不同阶段作用完全不一样:在卵母细胞里,它是“稳定剂”,让母源RNA保持完好,给胚胎供能;可到了胚胎发育的二细胞阶段,它又变成“清理工”,新产生的RNA贴上它就会被快速降解,就像及时清掉旧材料,给新的发育腾出空间。要是把负责加这种修饰的酶去掉,胚胎就没法正常长,这也说明RNA修饰是胚胎发育中缺不得的角色。

    这些发现能够帮助解决育种领域的一个老难题——克隆效率低。大家熟悉的克隆羊多莉,其实只是少数成功案例,早期克隆胚胎能长成个体的概率还不到1%,大部分胚胎都会“卡住”没法继续发育。团队找了半天原因,终于发现问题出在“标签”上:克隆时,体细胞的“表观标签”没重置好,像之前说的H3K9、H3K4这些修饰,在克隆胚胎里没法像正常胚胎那样贴对,导致基因表达乱了套,胚胎自然就长不动了。

    找到症结后,他们针对性地修正了这些“标签缺陷”,让克隆胚胎的“基因开关”恢复正常,结果小鼠的克隆胚胎发育率从不到1%提到了接近20%。这种方法不光能用于小鼠,还能用到克隆羊、克隆猪、克隆牛这些大动物身上,以后能大幅提高大动物的克隆效率,给育种提供更多优质个体。

高绍荣院士:表观遗传决定细胞“命运”,助力大动物智能育种

小白鼠。图片由AI生成

    在让克隆胚胎“活”得更好之外,对细胞命运的调控研究,还打开了另一个新方向——不用真实胚胎,也能在体外研究发育。

    研究人类胚胎有个难题,体外培养不能超过14天,没法看到完整的发育过程,于是团队想,能不能用干细胞拼一个“类胚胎”?这种类胚胎不是真的胚胎,却能模拟正常胚胎的生长。他们先观察到,正常胚胎发育到2.5天时,有些细胞既表达能发育成胎儿的OCT4基因,又表达能发育成胎盘的CDX2基因,这些细胞分化潜力特别好。于是团队尝试在体外建这种细胞系,筛选了2000种化合物后,终于找到两种小分子,加进去后,原本只表达OCT4的干细胞,也开始表达CDX2,变成了“双能干细胞”——既能变胎儿细胞,又能变胎盘细胞,放进胚胎还能参与形成个体,功能完全没问题。

    之后,把这种双能干细胞放在体外培养,让它们自己组装成类胚胎,结果特别惊喜:这些类胚胎能发育到类似正常胚胎7.5到9天的阶段,能长出神经管——未来会变成大脑和脊髓,还有8到9对体节——未来会变成骨骼和肌肉,甚至还能长出会跳动的心脏。

高绍荣院士:表观遗传决定细胞“命运”,助力大动物智能育种

类胚胎形成心脏。图源演讲者幻灯片

    这些在小鼠身上的发现,并不是停留在实验室里。高绍荣提到,他们已经开始把成果往大动物上延伸,比如提高克隆效率的方法、培养双能干细胞的技术,以后都可能用到猪、牛、羊的育种里,帮着培育更优质、更抗病的品种。对智能育种来说,这些发现就像打开了一扇新门,以后或许能通过调控“表观标签”,更精准地控制动物的发育和性状,培育出更符合需求的优良品种。

  记者:李欣哲

  技术支持:光明智会系统

[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 在非遗里,找到过年的“打开方式”

  • 拉萨:年货购销两旺 高原喜迎新年

独家策划

推荐阅读
近日,一个名为Moltbook的社交平台突然走红。与普通网络平台不同的是,Moltbook上的用户都是AI智能体。
2026-02-14 09:21
全球规模最大的200万吨/年柴油吸附分离装置目前在中国石油广西石化稳定运行。
2026-02-14 09:16
大连理工大学赵珺教授带领师生团队正抓紧时间,为实现可重复使用运载火箭关键部件的“复用检测”技术突破全力冲刺。
2026-02-14 09:12
一场刷新人类对宇宙极端物理过程认知的高能事件,被中国科学卫星清晰捕获并成功解读。
2026-02-14 09:11
近日,中国计量科学研究院研制的锶原子光晶格钟NIM-Sr1正式获准校准国际标准时间,实现了我国光钟参与校准国际标准时间“零”的突破。
2026-02-14 09:10
装上智能仿生手,截肢患者可以轻松拿起水杯喝水;高位截瘫患者用意念移动电脑光标,操控轮椅,指挥机器狗取外卖……
2026-02-13 09:50
凌晨2时,南昌西动车组运用一所检修库内灯光如昼。“接触网已断电,安全措施准备完毕,申请登顶!”确认许可后,国铁南昌局电务段南昌西车载设备车间工长曹准与工友一前一后登上动车组车顶,对北斗天线进行全面“体检”。
2026-02-13 09:45
近日,广西涠洲岛海域发生渔船撞击布氏鲸事件,鲸鱼受伤的画面令人揪心。虽然撞鲸的并非观鲸船,但这起事件也给正处于旺季的观鲸游敲响警钟——负责任地观鲸,有边界地亲近,人与自然和谐共生图景才能真正长久。
2026-02-13 09:43
核光钟通过真空紫外激光诱导原子核跃迁,具备更高精度与强抗干扰能力,且可实现便携化应用。但研制核光钟的道路上的一个核心瓶颈,是无法研制出能激发核跃迁的连续波激光光源。
2026-02-13 09:42
2021年,王勤团队开始研发低成本、适用于牧场环境的马匹体形自动测定设备。王勤团队搜集了全球90个马群体、近40个品种的基因组信息,构建了包含2000多个个体的参考面板——这是目前全球规模最大的马基因组参考数据库。
2026-02-13 09:36
一纸锦旗山水间,杏林春暖绿意长。
2026-02-12 11:01
金星与地球大小相近,同样诞生于太阳系内侧,却有着截然不同的命运。
2026-02-12 09:41
科技部十司相关负责同志解读《调查处理规定》。
2026-02-12 09:38
《细胞》封面:猕猴屏状核细胞分类与全脑联接图谱。在当前脑图谱大科学计划研究目标迈进绘制非人灵长类介观脑图谱的关键阶段,中国科学家仍在进一步集聚全球力量,持续扩大“朋友圈”。
2026-02-12 09:25
据悉,在战略上,植物星球计划还将整体提升全球生物多样性保护和实现碳中和的生态能力,构建植物科学领域全球大科学命题国际合作的新格局。
2026-02-12 09:17
马年将至,作为一种兼具力量与速度的动物,马正受到格外的关注。
2026-02-12 09:12
工业和信息化部等五部门近日印发《关于加强信息通信业能力建设支撑低空基础设施发展的实施意见》。加强监管能力体系建设,规划无人机专用号段,推动“一机一码一号”能力建设,探索标识解析在无人机领域的应用,形成无人机通信资源精细化管理。
2026-02-11 09:25
全球森林逐渐被快生树木主导,而稳定生态系统的慢生树种正在消失。“我们关注的是极为独特的物种,它们主要集中在生物多样性丰富、生态系统联系紧密的热带和亚热带地区。“此外,在现在和未来受到干扰的地区,非本地物种可能会加剧对光、水和养分的竞争,从而使本地树木更难生存。
2026-02-11 09:32
中国科学院动物研究所研究员王红梅带领的“灵长类胚胎发育的规律解析与体外模拟团队”,用27年的接力攻坚,把灵长类早期胚胎发育这个看不见、摸不着的“黑匣子”,变成了清晰可见的“生命剧本”。
2026-02-11 09:32
截至1月28日,“横竖都是世界第一”的贵州花江峡谷大桥累计接待游客突破130万人次,通行车辆超20万辆次,持续为区域发展注入新动能。大桥带来的发展溢出效应令人瞩目,而深入大桥肌理探查,你会发现,支撑起这座庞然大物的每根细钢丝,全部都是“中国造”。
2026-02-11 09:31
加载更多