原始生殖細(xì)胞（primordial germ cell, PGC）是精子和卵子在胚胎期的祖先細(xì)胞（progenitor cell），是遺傳物質(zhì)代際傳遞的細(xì)胞載體。因此，PGC是開展基因編輯和轉(zhuǎn)基因等遺傳操作的理想靶細(xì)胞。將遺傳操作后的PGC移植入內(nèi)源PGC剔除的受體胚，利用受體高效產(chǎn)生遺傳操作的供體配子，一方面可以顯著提升遺傳操作的效率，有望獲得致死基因的母源合子突變體（J Genet Genomics，2020；Faculty of 1000推薦）；另一方面有可能通過跨物種的PGC移植實(shí)現(xiàn)種間借腹生殖（Science China Life Science, 2022），突破精準(zhǔn)高效的定向育種。因此PGC移植技術(shù)已成為動(dòng)物遺傳操作和定向育種領(lǐng)域亟待突破和發(fā)展的重要技術(shù)。 

圖1 斑馬魚等魚類早期胚胎中僅存在極少數(shù)目的PGC

　　然而，供體胚胎往往僅具有極少數(shù)目的PGC，比如1000-細(xì)胞期的斑馬魚胚胎僅有4顆PGC（圖1），嚴(yán)重限制了PGC移植的成功率。如何建立一種普適高效的PGC誘導(dǎo)技術(shù)，成為這一領(lǐng)域亟待解決的首要科學(xué)和技術(shù)難題。在動(dòng)物界，PGC特化存在兩種不同的模式：一種是以小鼠為代表的“后成論（Epigenesis）”，是指周圍信號(hào)誘導(dǎo)細(xì)胞團(tuán)獲得PGC特性；另一種是以果蠅、秀麗隱桿線蟲、斑馬魚和非洲爪蟾為代表的“先成論（Preformation）”，是指從母體繼承的生殖質(zhì)（germplasm）因子直接決定了生殖細(xì)胞命運(yùn)。在“后成論”動(dòng)物中，已有少量誘導(dǎo)型PGC（induced PGC，iPGC）成功的報(bào)道（Nature，2013；Science，2022），但在“先成論”動(dòng)物中尚沒有取得iPGC的突破。 

　　中國科學(xué)院水生生物研究所孫永華團(tuán)隊(duì)長期從事魚類生殖細(xì)胞發(fā)育與生物技術(shù)研究。前期以斑馬魚和稀有鮈鯽為模型，初步建立了魚類單因子PGC異位誘導(dǎo)（J Genet Genomics，2020；Faculty of 1000推薦）和跨亞科物種間生殖干細(xì)胞移植借腹生殖（Science China Life Science, 2022）技術(shù)。12月14日，孫永華團(tuán)隊(duì)在國際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications發(fā)表了題為“Induced formation of primordial germ cells from zebrafish blastomeres by germplasm factors”的研究論文，首次采用“先成論”策略在斑馬魚和稀有鮈鯽胚胎中高效誘導(dǎo)出iPGC，為硬骨魚類的PGC誘導(dǎo)和PGC移植借腹生殖建立了一個(gè)新范式。 

　　為了高效地誘導(dǎo)魚類PGC，作者首先將與PGC特化密切相關(guān)的9個(gè)生殖質(zhì)因子（9GM：ddx4，dazl，piwil1，dnd1，nanos3，tdrd6，tdrd7a， dazap2，buc）和與PGC遷移相關(guān)的4個(gè)因子（4GM：rgs14a，cxcr4a，cxcr4b，ca15b）一同注射到1-細(xì)胞的斑馬魚胚胎中，發(fā)現(xiàn)幾乎所有胚盤細(xì)胞都變成GFP-UTRnanos3陽性的類PGC細(xì)胞。去除與PGC遷移相關(guān)的4因子后，9GM仍能高效的誘導(dǎo)出類PGC細(xì)胞。將誘導(dǎo)的類PGC細(xì)胞移植到內(nèi)源PGC剔除的受體胚中，類PGC可以正確遷移到生殖嵴（圖2），且起始表達(dá)內(nèi)源生殖質(zhì)基因，表明這些類PGC具有典型的PGC特征，是真正的iPGC。