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

  • 福建首条第五航权客运航线开通

  • 重庆云阳的“侏罗纪公园”

独家策划

推荐阅读
研究证实,熊蜂能够通过观察同伴的积极状态改变自身的行为决策,呈现出类似“情绪传染”的现象。
2025-10-27 10:35
美国约翰斯·霍普金斯大学研究团队研发出一款名为“交通安全副驾”的生成式人工智能工具,能够精准预测交通事故风险。
2025-10-27 10:34
近段时间,国产算力的竞争日趋激烈。
2025-10-27 10:33
24日至26日,以“汇聚天下英才 共创美好未来”为主题的2025世界青年科学家峰会在浙江省温州市举行。
2025-10-27 02:40
在上海交通大学徐汇校区,有一座特殊的“图书馆”——上海交通大学钱学森图书馆。它是全国327座国家一级博物馆中唯一的科学家纪念馆。三层楼的建筑,让无数人致敬仰望、驻足流连。
2025-10-27 02:40
记者从在山东东营市召开的2025中日韩澳候鸟保护工作组会议上获悉:我国鸟类保护工作取得显著成效,白鹤、青头潜鸭、黑嘴鸥、中华凤头燕鸥、朱鹮等多个濒危物种种群数量实现稳定增长,2024年、2025年同步监测越冬水鸟数量连创历史调查监测新高。我国连续6年开展“清风行动”,相关违法案件数量和违法犯罪人员数量明显下降,鸟类等野生动植物非法贸易蔓延势头得到有效遏制。
2025-10-24 10:21
光明日报银川10月23日电 记者张文攀从宁夏林业和草原局获悉,多年来,宁夏始终把防沙治沙作为荒漠化防治的重点工作,荒漠化和沙化土地连续25年实现“双缩减”,率先在全国实现了“绿进沙退”的历史性转变。
2025-10-24 09:57
光明日报海口10月23日电 记者王晓樱、通讯员张阳日前从海南大学获悉,该校热带油茶研究团队在海南五指山热带雨林进行油茶种质资源收集时,发现油茶新物种——五指山油茶。研究团队进一步通过形态学比对和叶绿体基因组系统进化分析,确认这次发现的油茶为独立物种。
2025-10-24 09:55
自半导体产业诞生以来,光刻技术始终发挥着关键作用,是推动集成电路芯片制程工艺持续微缩的核心驱动力之一。彭海琳告诉记者,在芯片制造的光刻流程中,“显影”是决定图案成败的核心一步。
2025-10-24 09:54
23日22时30分,我国在文昌航天发射场使用长征五号运载火箭,成功将通信技术试验卫星二十号发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2025-10-24 09:52
从自动化生产线到智能机器人,从大数据分析到物联网技术,从节能改造到绿色转型……当前,我国制造业进入一个更加高端化、智能化、绿色化的制造新时代。其中,推动制造业高端化、智能化、绿色化,有利于持续增强制造业核心竞争力,推动质量提升和品牌建设,不断引领产业向中高端跃升。
2025-10-24 09:51
工业和信息化部近日印发通知,部署开展城域“毫秒用算”专项行动。
2025-10-23 10:31
近日,以“先进制造”为主题的第138届广交会第一期落下帷幕。截至10月19日,境外采购商线下到会人数超15.79万人,环比增长6.3%。
2025-10-23 10:27
日前,大连理工大学科研团队研发的无人机蒙皮超薄一体化集成射频传感器挂飞成功,这标志着我国曲面天线全3D打印技术向实装应用迈出了重要一步。
2025-10-23 10:26
研究团队首次在原子尺度揭示了冰在二维下独特的“织网式”结晶过程。该成果日前发表于国际学术期刊《自然·通讯》。
2025-10-23 10:24
据农情调度,截至10月21日,全国秋粮收获近八成。
2025-10-23 10:23
科研和产业像“两张皮”,中间缺了能把成果“送上门”的人。
2025-10-22 10:17
由美国斯坦福医学院、英国莫菲尔德眼科医院、德国波恩大学等多家国际科研机构组成的团队,开发出一款视网膜下无线微芯片,成功帮助晚期老年性黄斑变性患者恢复了视力。
2025-10-22 10:15
为深切缅怀杨振宁先生,位于清华大学图书馆老馆219室的杨振宁书屋日前正式开放,与其同步启用的杨振宁档案资料库专题网站也面向全球上线发布。
2025-10-22 10:09
中国科学家研究发现,含利福特尼唑的三联方案,让幽门螺杆菌治疗有望重新回归更简便的三联方案时代,为全球幽门螺杆菌感染者带来了全新的治疗选择。
2025-10-22 10:06
加载更多