近日，上海海洋大學水產與生命學院李名友、桂朗團隊關于魚類精原干細胞系體外誘導精子發(fā)生研究取得進展——體外長期穩(wěn)定培養(yǎng)的馬口魚精原干細胞系可被魚類性腺體細胞誘導生成精子。這是全球首次建立的經濟魚類長期培養(yǎng)精原干細胞系，它們不僅能體外產生精子，還能存活長達800天。這為精原干細胞的進一步研究和認識提供了基礎，也為保護魚類瀕危物種、優(yōu)化重要經濟價值魚類育種方式提供了新的思路。相關研究成果發(fā)表于國際學術期刊《生物學》（Biology）上。

馬口魚是小型經濟魚類，從一個個又小又圓的馬口魚精原干細胞，到在實驗皿內能夠發(fā)育出鞭毛自由擺動的精子，長期培養(yǎng)的經濟魚類的生殖干細胞在培養(yǎng)基中完成了發(fā)育成精子的神奇之旅，屬全球首次。

精原干細胞經過有絲分裂和減數(shù)分裂產生精子，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)境可誘導精原干細胞系分化產生精子。在魚類研究中，體外獲得精原干細胞系并能夠長期培養(yǎng)是關鍵性技術難題。

全球的研究機構都在探索可以獲得長期穩(wěn)定培養(yǎng)的精原干細胞系，但通常只能獲得最多長達一個月的魚類精原干細胞系。李名友和桂朗團隊在前輩的研究成果上，將模式魚干細胞培養(yǎng)技術應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——馬口魚精原干細胞系。

“我們的馬口魚精原干細胞系在體外存活了2年之余。”李名友說，“而且它的生長情況一直非常穩(wěn)定，具有典型的精原干細胞基因表達模式。由此，建立了體外長期培養(yǎng)并產生精子的馬口魚精原干細胞系，以及能誘導其他魚類精原干細胞系產生精子的長江刀鱭性腺體細胞系。

在實驗室，馬口魚精原干細胞系與馬口魚精巢細胞共同培養(yǎng)，細胞可以進入并完成減數(shù)分裂以產生單倍體產物。到了第14天，在培養(yǎng)基中觀察到表達紅色熒光蛋白的精子細胞，表明馬口魚精原干細胞系逐漸誘導為未成熟精子細胞。培養(yǎng)16天后，觀察到馬口魚精原干細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條件下，馬口魚精原干細胞系可以進入精子發(fā)生階段，產生“神奇”的精子細胞。

實驗人員將馬口魚精原干細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胞。此外，還發(fā)現(xiàn)馬口魚精原干細胞系可以在斑馬魚性腺定植，并產生精子。

與此同時，另一項研究證明，體細胞在精子發(fā)生過程中扮演重要角色，可通過運用體細胞與精原干細胞系共培養(yǎng)條件模擬體內微環(huán)境，誘導精原干細胞系體外分化，經歷減數(shù)分裂產生精子細胞。

該項研究突破了無法長期培養(yǎng)養(yǎng)殖魚類精原干細胞系的問題，通過體內外的多角度誘導和移植研究，使精原干細胞系體外形成了精子。這為對精原干細胞系的進一步研究和認識提供了基礎，也為保護魚類瀕危物種、優(yōu)化重要經濟價值魚類育種方式提供了新的思路。

下一步，李名友、桂朗團隊還將結合干細胞培養(yǎng)和誘導技術、基因編輯技術和細胞移植技術等多種研究手段，建立繁殖困難、繁殖周期長、珍稀或瀕危魚類生殖干細胞體系，開展生殖干細胞基因編輯介導的養(yǎng)殖魚類優(yōu)良種質創(chuàng)制新技術。