物種間雜交個體在進化生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和遺傳學(xué)中應(yīng)用廣泛，例如“雜交優(yōu)勢”的研究及其在農(nóng)業(yè)育種中的應(yīng)用。這是因為它們具有獨特的雜合遺傳背景和性狀，是研究物種形成、基因調(diào)控進化和X染色體失活的重要模型。然而由于物種間存在生殖隔離，哺乳動物遠(yuǎn)親物種間的配子無法受精和發(fā)育，因此種間雜交只在近親物種間發(fā)生，如馬和驢雜交產(chǎn)生騾子。

為了生物學(xué)研究的便利，人們創(chuàng)造出各類遠(yuǎn)親物種間的雜合細(xì)胞，如小鼠-大鼠、人-嚙齒類、人-牛等雜交細(xì)胞。但由于這些細(xì)胞都是由體細(xì)胞融合產(chǎn)生，因而都是四倍體并且基因組不穩(wěn)定，往往出現(xiàn)大量的染色體丟失，而且?guī)缀鯖]有分化能力。那么，能否繞開生殖隔離的屏障，創(chuàng)造出哺乳動物遠(yuǎn)親物種間的二倍體雜合細(xì)胞？

近年來，周琪實驗室建立了一系列哺乳動物的單倍體胚胎干細(xì)胞，并且發(fā)現(xiàn)單倍體干細(xì)胞除了可以便利地應(yīng)用于遺傳篩選外，還具有一定的配子特性和發(fā)育能力，例如，孤雄單倍體干細(xì)胞可以替代精子、孤雌單倍體干細(xì)胞可以替代卵母細(xì)胞核來產(chǎn)生可育的后代。

在上述研究基礎(chǔ)上，周琪團隊通過細(xì)胞融合技術(shù)將小鼠孤雄（雌）和大鼠孤雌（雄）單倍體干細(xì)胞融合，從而繞開了小鼠和大鼠的精卵融合后無法發(fā)育的生殖隔離障礙，獲得了異種雜合二倍體胚胎干細(xì)胞。這類雜交細(xì)胞具有胚胎干細(xì)胞的三胚層分化能力，甚至能夠分化形成早期的生殖細(xì)胞，并且在培養(yǎng)和分化過程中保持異種二倍體基因組的穩(wěn)定性。

基因表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，異種雜合二倍體細(xì)胞展現(xiàn)出“高親”、“低親”等獨特的基因表達(dá)模式以及獨特的生物學(xué)性狀，對二者結(jié)合進行分析能夠有效地挖掘出物種間性狀差異的分子調(diào)控機制。同時雜合細(xì)胞的X染色體失活也不采用哺乳動物常見的“隨機失活”模式，而是采用小鼠X染色體特異失活模式。利用這一特性，該研究系統(tǒng)鑒定了小鼠X染色體失活逃逸基因，揭示了X染色體失活和失活逃逸的新方式和新機制。

這項成果是首例人工創(chuàng)建的、以穩(wěn)定二倍體形式存在的異種雜合胚胎干細(xì)胞，它們包含大鼠和小鼠基因組各一套，并且異源基因組能以二倍體形式穩(wěn)定存在。異種雜合二倍體干細(xì)胞能夠分化形成各種類型的雜種體細(xì)胞以及早期生殖細(xì)胞，并展現(xiàn)出兼具兩個物種特點的獨特的基因表達(dá)模式和性狀，以及獨特的X染色體失活方式，從而為從天然存在生殖隔離的物種制備包含穩(wěn)定二倍體基因組的雜交干細(xì)胞提供了新方法。這些具有胚胎干細(xì)胞特性的異種二倍體雜合干細(xì)胞將為進化生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和遺傳學(xué)等研究提供新的模型和工具，從而完成更多的生物學(xué)新發(fā)現(xiàn)。

論文以Generation and application of mouse-rat allodiploid embryonic stem cells 為標(biāo)題，于2016年1月14日在Cell雜志發(fā)表。

人物簡介：周琪，2015年12月7日，當(dāng)選中國科學(xué)院院士。現(xiàn)任中國科學(xué)院動物研究所副所長，計劃生育生殖生物學(xué)國家重點實驗室主任，研究員，博導(dǎo)。 國際轉(zhuǎn)基因協(xié)會終身榮譽會員；國際干細(xì)胞組織（ISCF）中國代表。主要從事分化與去分化的機制、干細(xì)胞的可塑性和全能性及體細(xì)胞的可塑性、體細(xì)胞重編程等方面的研究；致力于開展與克隆和治療性克隆相關(guān)的基礎(chǔ)研究/應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作，推動基礎(chǔ)研究向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。