家畜干細胞在生命科學基礎研究、細胞培養人造肉生產和優良品種培育等方面具有巨大應用前景。自1981年小鼠胚胎干細胞（mESCs）培育成功以來，國內外科學家一直試圖建立穩定的、可長期傳代的大型家畜胚胎多能干細胞系，但始終未獲得成功。
近日，中國農業大學韓建永教授團隊聯合國內多家單位在該領域獲得重大突破，他們成功建立了目前世界家畜干細胞傳代次數最多（傳代260次以上）、可進行多次基因編輯操作的豬胚胎干細胞系，攻克了豬胚胎上胚層多能干細胞建系的國際難題。該研究成果11月30日在線發表于國際著名學術期刊《細胞研究》上。
繪出豬胚胎第0—14天高質量單細胞轉錄組圖譜
豬既是重要的家畜，也是重要的實驗動物，在基礎研究、人類疾病模型、異種器官移植等領域用途廣泛。針對家畜胚胎上胚層多能干細胞建系困難、傳代次數短、難以承受多次基因編輯操作等國際難題，韓建永團隊聯合四川農業大學、中國科學院動物研究所、中國科學院北京基因研究所、東北農業大學等單位，以豬為模式生物，開展了聯合科技攻關，取得家畜胚胎干細胞領域的重大突破。
研究人員從早期胚胎多能性發育調控分子機制入手，攻克豬早期胚胎單細胞分離技術, 首次繪制了豬胚胎第0—14天高質量單細胞轉錄組圖譜, 解析了豬上胚層多能性狀態（初始態、中間態和激發態）變化及調控的分子機制。
“基于單細胞數據, 我們創制了豬原腸化前上胚層多能干細胞 （pgEpiSCs）培養體系, 成功建立了15株細胞系, 細胞能維持上胚層多能性狀態，具有典型干細胞特征，最長傳代次數超過260代，是目前世界上已報道的傳代次數最多的大動物干細胞系。”韓建永說，他們還通過多組學聯合分析，鑒定了75個在pgEpiSCs中具有重要功能的轉錄因子。
“我們通過對pgEpiSCs進行3次不同方式基因編輯，獲得來源于pgEpiSCs、出生后存活的基因編輯克隆豬，解決了家畜干細胞難以承受長周期、多次基因編輯的國際難題。”韓建永說。
將在細胞培養肉、干細胞育種和模式動物研究等領域廣泛應用
專家指出，該成果具有廣闊的應用前景。在生命科學基礎研究領域，作為一種全新的、穩定的豬胚胎多能干細胞系，pgEpiSCs成功建系開創了家畜多能干細胞研究的新方向。與小鼠相比，豬的胚胎發育和人類更加相似，豬的胚胎干細胞是研究人類胚胎發育更為理想的細胞模型，可為異種器官移植等再生醫學研究提供理論依據。
“在細胞培養肉領域，pgEpiSCs可作為未來細胞培養等基于細胞的功能性產品的種子細胞。目前細胞培養肉研制的種子細胞多為肌肉和脂肪細胞的祖細胞，并不具有長期傳代增殖能力，這也成為了體外大規模生產細胞培養肉的技術瓶頸。pgEpiSCs能夠在體外長期穩定傳代，通過體外大規模培養可獲得大量初始細胞，再通過定向誘導分化獲得肌肉細胞和脂肪細胞，能解決種子細胞傳代時間短等細胞培養肉面臨的技術難題?！表n建永說。
在模式動物研究領域，pgEpiSCs與基因編輯結合，可用于構建人類疾病模型或抗病豬模型。傳統的基于體細胞基因編輯和克隆的技術囿于體細胞難以耐受多次基因編輯，多基因編輯克隆家畜往往難以獲得，通常需要采用重復性克隆和重新分離成纖維細胞，達到多基因編輯的目的，周期短、效率低。而實驗證實，pgEpiSCs對基因編輯有很好的耐受性，至少可以耐受3次連續的基因編輯，這將大大縮短獲得多基因編輯克隆豬的時間。
韓建永表示：“在家畜優良品種培育領域，pgEpiSCs通過定向誘導分化為精子和卵母細胞可以實現干細胞育種，實現重要經濟性狀的快速遺傳改良。”
