克隆技术与遗传育种
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基因工程技术在动物遗传育种中的应用基因工程技术是二十世纪后期发展的一种新技术,广泛应用于人类、植物和动物的遗传育种中。
它可以通过基因的改变,实现对某些性状的控制和改良,提高动物的生产性能、产量和疾病抵抗力。
那么,如何将基因工程技术应用于动物遗传育种中呢?一、基因克隆技术基因克隆技术是基因工程技术中的重要一环。
它可以将一个基因从一个生物体中剪切下来,并插入到另一个生物体的染色体中,从而改变目标生物的基因组。
对于有用的基因,好的克隆方法可以克隆大量的可行的基因片段,从而更好地利用和发掘它们的潜力。
在动物遗传育种中应用基因克隆技术的一个例子是:美国科学家利用基因克隆技术,将人类产生α1-抗胰蛋白酶的基因导入到小鼠的乳腺组织中,实现了高水平表达该基因的小鼠胶乳。
二、基因敲除技术基因敲除技术是基因工程技术中的重要一环。
它可以将一个生物体的某个基因“删除”,并观察这个基因删除对该生物体的影响。
在动物遗传育种中应用基因敲除技术的一个例子是:美国科学家利用基因敲除技术,发现小鼠缺乏某种蛋白质时,血液中的胰岛素浓度可以明显下降。
这表明这种缺陷蛋白质与胰岛素合成和分泌有关,可以对其进行改良,从而提高小鼠的血糖调节能力。
三、基因编辑技术基因编辑技术是基因工程技术中的重要一环。
它可以通过人工编辑染色体上的特定基因,将基因剪裁、插入或更改。
在动物遗传育种中应用基因编辑技术的一个例子是:中国科学家利用基因编辑技术,改变肉鸡的基因组,使其体内色素沉淀较少,肉质鲜嫩、肉质细腻、肉质清香,从而提高了肉鸡的品质和市场竞争力。
四、动物克隆技术动物克隆技术是应用基因工程技术的一种方法,可以在实验室中复制某个动物的完全基因组,并产生一个完全与原始个体相同的克隆体。
在动物遗传育种中应用动物克隆技术的一个例子是:中国科学家选择一只优良品种猪的成年细胞,进行细胞基因操作和克隆,得到了一个与原始猪完全相同的克隆猪。
通过这种方法,可以实现畜种的快速繁殖和品种改良,提高畜产业的生产效益和经济效益。
克隆技术综述一、克隆的含义。
克隆通常是一种人工诱导的无性生殖方式或者自然的无性生殖方式(如植物)。
一个克隆就是一个多细胞生物在遗传上与另外一种生物完全一样。
克隆可以是自然克隆,例如由无性生殖或是由于偶然的原因产生两个遗传上完全一样的个体(就像同卵双生意样)。
但是我们通常所说的克隆是指通过有意识的设计来产生的完全一样的复制。
二、克隆技术哺乳动物体细胞克隆技术主要包括以下5个环节:(l)供体核的准备;(2)受体细胞质的选取;(3)核质重组融合、激活技术;(4)重组胚的体内或体外培养;(5)重组胚胎的移植。
(l)供体核的准备:实验表明,在哺乳动物体细胞克隆中,并非一切体细胞都可作为供核细胞进行核移植.胎儿成纤维细胞因在克隆前能进行基因修饰,故目前大多数家畜的克隆都以它为供核细胞。
另外,输卵管及子宫上皮细胞、卵丘细胞、颗粒细胞、耳细胞等都可作为供核细胞.一般研究认为,诱导处于不同分化期的细胞进入静止期是体细胞克隆成功的关键之一。
(2)受体细胞质的选取:试验阐明:成熟卵母细胞比受精卵或2-细胞胚更适合于用作核移植的受体细胞质,它能使各个发育时期胚胎甚至体细胞核的重构胚胎恢复到受精卵的状态,重新编序,正常发育直到到期出生。
近年来通常以第二次减数分裂中期卵母细胞取代原核受体,来解决核受体问题。
(3)核质重组融合、激活技术:曾多采用电融合法,其方法是:将重组胚胎置于融合小室内,使核一质集结面与电极相平行,在一定的电场强度下,施以一定时间的矩型直流电脉冲促使其融合。
近年来,人们普遍采用商业公司销售的激活剂,如离子素、6一DMAP、钙离子载体A23187和钙离子酶素等单独或混合对其进行化学激活。
(4)重组胚的体内或体外培养:重组胚胎激活后,有体内和体外两种培养方式.体内培养是将激活培养的重组胚胎植入同种或异种动物的输卵管中,经数天后检测发育正常的囊胚或桑堪胚,然后进行胚胎移植。
体外培养是将激活后的重组胚在培养液中培养至囊胚,再挑选优质的胚胎移入到同步发情同种雌性动物的输卵管中。
基因工程育种的原理及应用1. 基因工程育种的原理基因工程育种是通过改变生物体的遗传信息来改良和改变其性状的一种育种方法。
其原理主要涉及以下几个方面:1.基因克隆:基因工程育种的核心技术之一是基因克隆。
基因克隆是指将目标基因从一个生物体中提取并复制到另一个生物体中。
这样做可以将某种有益基因导入到目标生物体中,使其表达具有该基因所编码的特定蛋白质或其他功能分子。
2.基因编辑:基因编辑是指通过针对目标基因进行精确的DNA序列修改来改变生物体的性状。
常用的基因编辑技术有CRISPR-Cas9和TALEN等。
这些技术可以在生物体的基因组中精确地切割和修改DNA序列,以实现对目标基因的特定改造。
3.遗传转化:遗传转化是将外源基因导入到目标生物体中,并使其在细胞内正常表达的过程。
常用的遗传转化技术包括农杆菌介导的基因转化和生物颗粒枪介导的基因转化等。
这些技术使得研究人员可以将具有特定功能的基因引入到目标生物体,从而改变其性状。
4.基因表达调控:基因表达调控是指通过对目标基因的转录和转译过程进行调控,以改变生物体的性状。
常用的基因表达调控技术包括启动子工程、转录因子介导的调控和RNA干扰等。
这些技术能够使研究人员能够精确地调控目标基因的表达水平,从而改变生物体的性状。
2. 基因工程育种的应用基因工程育种已经在许多领域得到了广泛的应用,其应用主要包括以下几个方面:1.农作物育种:基因工程育种已经成功地应用于农作物的改良。
通过导入与抗虫、抗病、耐逆等性状相关的基因,可以使农作物具有更好的抗病虫害能力和逆境适应性。
例如,将Bt基因导入到作物中,可使其对昆虫害虫具有抗性,从而降低对农药的依赖。
2.畜禽养殖:基因工程育种也广泛应用于畜禽养殖中。
通过引入与生长速度、肌肉质量、抗病能力等性状相关的基因,可以提高畜禽的生产性能和抗病能力。
例如,通过导入生长激素基因,可使畜禽生长速度加快,从而提高养殖效益。
3.医药研发:基因工程育种在医药研发领域也有重要应用。
克隆技术在动植物育种上的应用案例分析引言近年来,克隆技术在动植物育种上的应用越来越广泛,对农业、畜牧业以及环境保护等领域产生了深远的影响。
本文将通过分析几个克隆技术在动植物育种上的具体应用案例,探讨其应用的优势和局限性,以期更好地理解克隆技术在育种领域的潜力和挑战。
一、动物育种中的克隆技术应用案例1. 羊“多莉”的克隆羊“多莉”是1996年由苏格兰罗斯林研究所成功克隆的一只绵羊。
多莉的克隆开创了克隆动物的先河,引起了全球范围的轰动。
多莉的克隆通过重编程成体细胞遗传物质,将其转移到受卵母细胞中,进而发育为胚胎,最终移植到代孕母羊中。
多莉的成功克隆突破了传统的动物育种限制,为改良种畜以及保护濒危物种提供了新思路。
2. 克隆技术在犬科动物育种中的应用克隆技术在犬科动物育种中的应用也取得了显著的成果。
例如,韩国首尔国立大学克隆研究所成功克隆了一只命名为“Snuppy”的阿富汗猎犬,它是全球首只经克隆技术诞生的犬科动物。
通过克隆技术,可以复制优秀的犬种基因,确保优质犬类品种的延续。
二、植物育种中的克隆技术应用案例1. 克隆苗技术在经济作物育种中的应用克隆苗技术是一种用于扩繁特定种类植物的方法,具有较高的效率和准确性。
例如,台湾水果出口商将克隆苗技术应用于香蕉的育种中。
克隆苗技术可以确保下一代植物具有预期的产量、品质和特性,从而提高了经济作物的产量和市场竞争力。
2. 克隆技术在植物保护和环境修复中的应用克隆技术在植物保护和环境修复方面也有广泛的应用潜力。
例如,研究人员可以利用克隆技术培育抗病、抗虫或耐盐碱的植株,以提高农作物的抗病虫害能力和适应环境的能力。
此外,通过克隆技术可以快速繁殖罕见濒危植物,以保护这些宝贵的生态资源。
三、克隆技术应用的优势和局限性克隆技术在动植物育种中有许多优势,但同时也存在一些局限性。
1. 优势首先,克隆技术可以复制具有优良基因的个体,实现优质繁殖。
其次,克隆技术可以在短时间内大量复制出相同的个体,提高了传统育种方法所无法比拟的繁殖效率。
猪转基因克隆技术的研究与应用猪转基因克隆技术是一项应用基因工程学技术创造新品种、提高猪肉产值的前沿科学技术。
研究表明,通过克隆技术和基因转变,能够在猪实现育种和生产中的多方面改进,包括改善肉质、增强疾病抵抗力和提高生殖性能。
猪是人类乃至全世界最重要的养殖动物之一,向着提高其产值和质量方向进行研究具有非常重要的意义。
传统遗传育种方法存在时间短、效果慢等问题,为此,转基因克隆技术的出现使得育种范围更为广泛。
目前,基因工程学在猪育种中的应用主要是通过改变猪的体细胞基因组,获取产生永久性改变的细胞系,并基于这些细胞系产生带有有益性状的转基因猪。
在猪转基因克隆技术研究中,克隆技术和基因转变应用得到了越来越广泛的应用。
克隆的苗头肿瘤抑制基因p53株开辟了抗肿瘤育种的路子。
猪的病毒特异基因处理也是主要研究方向之一,例如对于猪传染性胃肠炎病毒、猪流行性腹泻病毒、猪蓝耳病毒等病毒的抗性基因进行研究。
在猪育种方面还涉及到人和猪之间的关系,科学家们研究从猪基因中提取出对人体有利的生理部件,例如训练猪产生人源性抗铁蛋白和人源性因皮质醇释放激素。
研究人员还通过改变基因组来增强猪的抵抗力,预防逆境(如寒冷或缺氧)和多种病毒感染。
(Wu et al., 2005)虽然猪转基因克隆技术在未来仍需进一步研究与改进,但它已经在生产中创造出了许多优秀的品种。
例如患有骨质疏松症的人们,他们使用通过基因改造的猪骨嫁接可以解决断骨治疗中所碰到的困难。
(Lin, 2019)在过去的研究中,一些科学家成功地将嵌合餐状状元素限制片段(HARPS)基因嵌入猪的遗传物质中,这使得这种猪抵抗禽流感的能力大大提高。
(Wu et al., 2005)在未来,猪转基因克隆技术将继续在猪育种中发挥重要作用。
研究人员将继续改进和优化技术,以更有效地利用猪的育种潜力,促进猪肉产业的发展。
猪转基因育种技术在人类医学研究中也将扮演重要的角色。
研究人员将继续探索和创新猪转基因克隆技术,并在农业生产和医学研究等方面发挥她独特的优势,为人类生产和生活的持续进步做出重要贡献。
动物遗传育种相关的技术《动物遗传育种相关的技术》随着科学技术的不断发展,动物遗传育种的相关技术也在不断创新和完善。
这些技术不仅能够促进动物种群的改良和提高,还能够为人类提供更多的动物产品和服务,推动农业的可持续发展。
本文将介绍几种最常见的动物遗传育种技术。
1. 人工选择:人工选择是一种最古老的动物遗传育种技术,通过选择具有良好遗传特征的个体进行繁殖,以达到改良种群的目的。
这种选择是有目的的,例如,选育出品质更佳的奶牛,产量更高的猪或者更肌肉丰满的肉牛。
通过人工选择,可以加速有利性状的遗传增加,提高动物的产量和品质。
2. 基因编辑技术:基因编辑技术是一种现代模式的遗传育种技术,通过对动物基因组的直接干预,来改变动物的遗传特征。
CRISPR-Cas9是一种常用的基因编辑工具,它可以用来进行基因的添加、删除和修改。
例如,在狗中,基因编辑技术可以用来消除某些遗传缺陷,提高狗的健康和生产力。
3. 体细胞克隆:体细胞克隆技术是一种特殊的遗传育种技术,它能够复制一个动物的基因组来克隆出与原始动物基因完全相同的个体。
这种技术对于以优良基因型的动物进行复制和繁殖是非常有用的。
例如,在克隆动物方面,克隆技术已经成功地应用于猪、牛等动物的繁殖,以保护珍稀物种和提高肉类产量。
4. DNA标记辅助选择:DNA标记辅助选择是一种通过DNA标记来判断动物遗传特征的技术。
通过对特定基因座上的序列进行PCR扩增和分析,可以准确地预测动物的遗传特征。
这种技术可以帮助育种者更加迅速和准确地筛选优良基因,并减少繁殖的时间和成本。
总结起来,动物遗传育种相关的技术不断创新和发展,为动物种群的改良和提高提供了强大的支持。
这些技术的应用能够帮助农民提高产量和品质,提供更多优质的动物产品给人类,并且对于保护珍稀物种、提高农业可持续性也起到重要的作用。
随着技术的进一步发展,我们有理由相信动物遗传育种技术将会继续发挥更大的潜力。
生物学中的克隆技术应用克隆技术是生物学领域中一项重要的技术,它可以复制生物体的基因信息,使得相同的个体可以通过无性生殖方式进行繁殖。
克隆技术的应用范围广泛,涵盖了农业、医学、生物研究等多个领域。
本文将从不同角度探讨克隆技术在这些领域中的应用。
首先,克隆技术在农业领域中有着重要的应用。
通过克隆技术,农业科学家可以复制出高产、抗病的农作物品种,从而提高农作物的产量和质量。
例如,在小麦的育种中,通过克隆技术可以复制出优质的小麦品种,并将其大规模种植,从而提高小麦的产量和品质。
此外,克隆技术还可以用于动物的繁殖,例如在畜牧业中,通过克隆技术可以复制出高产奶牛或肉牛,从而提高畜牧业的效益。
其次,克隆技术在医学领域中也有着广泛的应用。
最著名的应用之一就是克隆动物。
通过克隆技术,科学家可以复制出与原始动物基因完全相同的动物个体,从而为医学研究提供了重要的工具。
例如,通过克隆技术可以复制出与人类基因相似的动物模型,用于研究人类疾病的发生机制和治疗方法。
此外,克隆技术还可以用于组织器官的修复和再生。
通过克隆技术,科学家可以复制出患者自身的组织细胞,用于修复受损的组织器官,从而实现器官的再生。
除了农业和医学领域,克隆技术还在生物研究中发挥着重要的作用。
通过克隆技术,科学家可以复制出具有特定基因突变的动物模型,用于研究这些基因突变对生物体的影响。
这种方法可以帮助科学家更好地理解基因突变与疾病之间的关系,从而为疾病的治疗提供新的思路和方法。
此外,克隆技术还可以用于保护濒危物种。
通过克隆技术,科学家可以复制出濒危物种的个体,从而增加其种群数量,提高其生存机会。
然而,克隆技术也存在一些争议和伦理问题。
首先,克隆技术可能导致基因的单一性,从而降低生物体的适应能力和抗病能力。
其次,克隆技术可能导致基因的不稳定性,从而增加生物体发生突变的风险。
此外,克隆技术还可能导致个体间的基因重复,从而降低遗传多样性。
因此,在应用克隆技术时,需要权衡其利弊,制定相应的伦理准则和规范。
克隆技术会对人们的生活带来何种影响?克隆技术是一种人工复制生殖方式,指将一个个体的遗传信息复制到另一个个体上,从而产生具有相同基因的后代。
随着克隆技术的不断发展和完善,它对人类社会的影响也日益凸显。
一、生殖医学方面的影响1.有助于解决某些不孕不育的问题克隆技术能够帮助那些因基因缺陷或其他原因导致不孕不育的夫妻生育后代,从而满足个人和家庭的需求。
2.减少遗传性疾病的发生通过克隆技术,可以选择健康的基因进行复制,从而避免遗传疾病的传播。
3.缩短孕育周期,节约时间和资源在传统的生殖方式中,孕育周期较长,且需要大量的人力、时间和物力支持。
而克隆技术则能够缩短孕育周期,节约时间和资源,提升生殖效率。
二、生命伦理学方面的影响1.可能破坏基因多样性由于克隆技术的特殊性质,克隆过程并不会产生新的基因变异,这就意味着克隆技术可能会破坏基因多样性,导致种群遗传单一,进而影响生物群落的稳定性和复杂性。
2.道德与伦理争议克隆技术的出现,一方面满足了一部分人的个人需求,但另一方面也引发了大众的伦理担忧。
尽管克隆技术有一些普遍应用,比如动物的繁殖和植物的育种,但在人类领域进行克隆,仍然存在较大的伦理和道德争议。
三、社会和经济方面的影响1.影响人口结构和社会状态人类社会的发展,离不开人口结构的变化和社会状态的更新。
而克隆技术的推广和应用,可能会对人口结构和社会状态产生深刻的影响,引发社会问题。
2.威胁人类的生存在克隆技术的应用中,需要消耗一定的资源和能源,如果不加控制地大规模进行生殖,将会给地球带来沉重的负担,降低人类生存的质量和能力。
综上所述,克隆技术的推广和发展,既有积极的作用,又有消极的影响。
我们应该审慎地对待克隆技术,确保在经济、生态和道德等多个方面保持平衡和稳定。
只有这样,才能更好地发挥克隆技术的作用,为人类社会带来更大的利益。
克隆技术在动物和植物育种中的应用介绍随着科技的不断进步,克隆技术在动物和植物育种领域中的应用越来越广泛。
通过克隆技术,科学家们可以精确地复制出优质的动物和植物品种,并在进一步研究中得出更多的有用信息。
动物育种中的克隆技术应用在动物育种方面,克隆技术可以帮助畜禽业提高品种质量和产量。
例如,中国科学家曾经成功地通过克隆技术复制出了高产乳牛“郑州牛”,这种牛在乳制业中具有高产、良质等多种优点,对于提高现代畜牧业的发展具有重要意义。
此外,克隆技术也可以被应用于动物保育和种群恢复。
世界上许多珍稀动物的数量已经急速下降,其中一部分原因是繁殖不足。
因此,采用克隆技术可以让科学家们复制出更多的珍稀物种,并实现对这些物种的保育和种群恢复。
植物育种中的克隆技术应用植物育种方面,克隆技术也发挥着越来越重要的作用。
一些耐旱、耐病、耐寒的树种,都可以通过克隆技术进行繁殖,以提高它们的产量和产值。
此外,克隆技术还可以被应用于植物改良,例如,可以通过克隆技术选择高产、高品质和高纤维植物品种,以满足人们对不同植物品种的需求。
克隆技术的优点克隆技术在育种中的应用具有许多优点。
首先,克隆技术可以避免基因变异的风险,从而确保繁殖出的物种具有稳定的遗传特征。
其次,克隆技术可以保留一些珍稀的、重要的遗传信息,以便在需要时进行补充和改良。
此外,克隆技术还可以提高繁殖效率,缩短繁殖周期,从而让人们更加高效地利用自然资源。
克隆技术的缺点当然,克隆技术也存在着一些缺点。
首先,由于克隆技术完全复制了原始物种的所有遗传信息,包括那些可能有害的遗传信息。
这意味着克隆物种的基因出现了问题后,它们可能会出现与原始物种类似的健康问题。
其次,克隆技术的成本非常高,这给克隆技术的实际应用带来了一定的挑战。
结论总的来说,克隆技术在动植物育种领域中的应用是十分有前途的。
它可以大大提高育种效率,从而为人们提供更多的、更好的动植物物种,同时也有助于维护生态平衡和保护环境。
.克隆技术与遗传育种在农业方面,人们利用“克隆”技术培育出大量具有抗旱、抗倒伏、抗病虫害的优质高产品种,大大提高了粮食产量。
在这方面我国已迈入世界最先进的前列。
2.克隆技术与濒危生物保护克隆技术对保护物种特别是珍稀、濒危物种来讲是一个福音,具有很大的应用前景。
从生物学的角度看,这也是克隆技术最有价值的地方之一。
3.克隆技术与医学在当代,医生几乎能在所有人类器官和组织上施行移植手术。
但就科学技术而言,器官移植中的排斥反应仍是最为头痛的事。
排斥反应的原因是组织不配型导致相容性差。
如果把“克隆人”的器官提供给“原版人”,作器官移植之用,则绝对没有排斥反应之虑,因为二者基因相配,组织也相配。
问题是,利用“克隆人”作为器官供体合不合乎人道?是否合法?经济是否合算?克隆技术还可用来大量繁殖有价值的基因,例如,在医学方面,人们正是通过“克隆”技术生产出治疗糖尿病的胰岛素、使侏儒症患者重新长高的生长激素和能抗多种病毒感染的干挠素,等等。
4.生长周期短,遗传性状稳定克隆技术的应用前景:克隆技术已展示出广阔的应用前景,概括起来大致有以下四个方面:(1)培育优良畜种和生产实验动物;(2)生产转基因动物;(3)生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法;(4)复制濒危的动物物种,保存和传播动物物种资源。
以下就生产转基因动物和胚胎干细胞作简要说明。
转基因动物研究是动物生物工程领域中最诱人和最有发展前景的课题之一,转基因动物可作为医用器官移植的供体、作为生物反应器,以及用于家畜遗传改良、创建疾病实验模型等。
但目前转基因动物的实际应用并不多,除单一基因修饰的转基因小鼠医学模型较早得到应用外,转基因动物乳腺生物反应器生产药物蛋白的研究时间较长,已进行了10多年,但目前在全世界范围内仅有2例药品进入3期临床试验,5~6个药品进入2期临床试验;而其农艺性状发生改良、可资畜牧生产应用的转基因家畜品系至今没有诞生。
转基因动物制作效率低、定点整合困难所导致的成本过高和调控失灵,以及转基因动物有性繁殖后代遗传性状出现分离、难以保持始祖的优良胜状,是制约当今转基因动物实用化进程的主要原因。
体细胞克隆的成功为转基因动物生产掀起一场新的革命,动物体细胞克隆技术为迅速放大转基因动物所产生的种质创新效果提供了技术可能。
采用简便的体细胞转染技术实施目标基因的转移,可以避免家畜生殖细胞来源困难和低效率。
同时,采用转基因体细胞系,可以在实验室条件下进行转基因整合预检和性别预选。
在核移植前,先把目的外源基因和标记基因(如LagZ基因和新霉素抗生基因)的融合基因导入培养的体细胞中,再通过标记基因的表现来筛选转基因阳性细胞及其克隆,然后把此阳性细胞的核移植到去核卵母细胞中,最后生产出的动物在理论上应是100%的阳性转基因动物。
采用此法,Schnieke等(Bio Report,1997)已成功获得6只转基因绵羊,其中3只带有人凝血因子IX基因和标记基因(新霉素抗性基因),3只带有标记基因,目的外源基因整合率高达50%。
Cibelli(Science,1997)同样利用核移植法获得3头转基因牛,证实了该法的有效性。
由此可以看出,当今动物克隆技术最重要的应用方向之一,就是高附加值转基因克隆动物的研究开发。
胚胎干细胞(ES)是具有形成所有成年细胞类型潜力的全能干细胞。
科学家们一直试图诱导各种干细胞定向分化为特定的组织类型,来替代那些受损的体内组织,比如把产生胰岛素的细胞植入糖尿病患者体内。
科学家们已经能够使猪ES细胞转变为跳动的心肌细胞,使人ES细胞生成神经细胞和间充质细胞和使小鼠ES细胞分化为内胚层细胞。
这些结果为细胞和组织替代疗法开辟了道路。
目前,科学家已成功分离到人ES细胞(Thomson等1998,Science),而体细胞克隆技术为生产患者自身的ES细胞提供了可能。
把患者体细胞移植到去核卵母细胞中形成重组胚,把重组胚体外培养到囊胚,然后从囊胚内分离出ES细胞,获得的ES细胞使之定向分化为所需的特定细胞类型(如神经细胞,肌肉细胞和血细胞),用于替代疗法。
这种核移植法的最终目的是用于干细胞治疗,而非得到克隆个体,科学家们称之为“治疗克隆”。
克隆技术在基础研究中的应用也是很有意义的,它为研究配子和胚胎发生,细胞和组织分化,基因表达调控,核质互作等机理提供了工具。
作为一个新兴的研究队在实践中,克隆动物的成功率还很低,维尔穆特研究组在培育“多莉“的实验中,融合了277枚移植核的卵细胞,仅获得了“多莉”这一只成活羔羊,成功率只有0.36%,同时进行的胎儿成纤维细胞和胚胎细胞的克隆实验的成功率也分别只有1.7%和1.1%,即使是使用“檀香山”技术,以分化程度较低的卵丘细胞为核供体,其成功率也只有百分之几。
此外,生出的部分个体表现出生理或免疫缺限。
以克隆牛为例,日本、法国等国培育的许多克隆牛在降生后两个月内死去;到2000年2月,日本全国已共有121头体细胞克隆牛诞生,但存活的只有64头。
观察结果表明,部分犊牛胎盘功能不完善,其血液中含氧量及生长因子的浓度都低于正常水平;有些牛犊的胸腺、脾和淋巴腺未得到正常发育;克隆动物胎儿普遍存在比一般动物发育快的倾向,这些都可能是死亡的原因。
即使是正常发育的“多利”,也被发现有早衰迹象。
染色体的末端被称为端粒,它决定着细胞能够分裂的次数:每一次分裂端粒都会缩短,而当端粒耗尽后细胞就失去了分裂能力。
1998年,科学家发现“多莉”的细胞端粒比正常的要短,即其细胞处于更衰老的状态。
当时认为,这可能是用成年绵羊的细胞克隆“多莉”造成的,使其细胞具有成年细胞的印记,但这一解释目前受到了挑战,美国马萨诸塞州的医生罗伯特·兰扎等用培养的衰老细胞克隆牛,得到6头小牛,出生5~10个月后发现这些克隆牛的端粒比普通同龄小牛要长,有的甚至比普通新生小牛的端粒还长。
现在还不清楚这一现象的原因,也不清楚为何与“多莉“的情况有巨大差别。
但这一实验说明,在一些情况下克隆过程能改变成熟细胞的分子钟,使其“恢复青春”,关于这种变化对克隆动物寿命的影响,还有待于进一步观察。
除了以上的理论和技术障碍外,克隆技术(尤其是在人胚胎方面的应用)对伦理道德的冲击和公众对此的强烈反应也限制了克隆技术的应用。
但几年来克隆技术的发展表明,世界各科技大国都不甘落后,谁也没有放弃克隆技术研究。
这一点上英国政府的态度非常具有代表性,在1997年2月底宣布中止对“多莉”研究小组投资后不到1个月,英国科技委员会就对克隆技术发表专题报告,表明英国政府将重新考虑这一决定,认为盲目禁止这方面的研究并不是明智之举,关键在于建立一定的规范利用它为人类造福。
一个细菌经过20分钟左右就可一分为二;一根葡萄枝切成十段就可能变成十株葡萄;仙人掌切成几块,每块落地就生根;一株草莓依靠它沿地“爬走”的匍匐茎,一年内就能长出数百株草莓苗……凡此种种,都是生物靠自身的一分为二或自身的一小部分的扩大来繁衍后代,这就是无性繁殖,无性繁殖的英文名称叫“Clone”,译音为“克隆”。
自然界的许多动物,在正常情况下都是依靠父方产生的雄性细胞(精子)与母方产生的雌性细胞(卵子)融合(受精)成受精卵(合子),再由受精卵经过一系列细胞分裂长成胚胎,最终形成新的个体,这种依靠父母双方提供性细胞、并经两性细胞融合产生后代的繁殖方法就叫有性繁殖,但是,如果我们用外科手术将一个胚胎分割成两块,四块、八块……最后通过特殊的方法使一个胚胎长成两个、四个,八个……生物体,这些生物体就是克隆个体,而这两个、四个、八个……个体就叫做无性繁殖系(也叫克隆)。
1979年春,中国科学院武汉水生生物研究所的科学家用鲫鱼囊胚期的细胞进行人工培养,经过385天59代连续传代培养后,用直径10微米左右的玻璃管在显微镜下从培养细胞中吸出细胞核,在此同时,除去鲫鱼卵细胞的核,让卵细胞留出空间作好接纳囊胚细胞核的准备,一切准备就绪后,把玻璃管吸出的核移放到空出位置的鲫鱼卵细胞内,得到了囊胚细胞核的卵细胞在人工培养下大部分夭亡了,在189个这种换核卵细胞中,只有两个孵化出了鱼苗,而最终只有一条幼鱼度过难关,经过80多天培养后长成8厘米长的鲫鱼。
这种鲫鱼并没有经过雌、雄细胞的结合,仅仅是给卵细胞换了个囊胚细胞的核,实际上是由换核卵产生的,因此也是克隆鱼。
在克隆鲫鱼出现之前,英国牛津大学的科学家已经在1960年和1962年,先后用非洲一种有爪的蟾蜍(非洲爪蟾)进行过克隆试验。
试验方式是先用紫外线照射爪蟾卵细胞,破坏其中的核,然后依靠高超的外科手术从爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞、肝细胞、肾细胞中取出核,并把这些细胞的核精确地放进已被紫外线破坏了细胞核的卵细胞内,经过精心照料,这些换核卵中终于有一部分长出了活蹦乱跳的爪蟾,这种爪蟾也不是经过精细胞和卵细胞州结合产生的,所以也是克隆爪蟾。
我国著名生物学家童第周先生在1978年成功地进行了黑斑蛙的克隆试验,他将黑斑蛙的红细胞的核移人事先除去了核的黑斑蛙卵中,这种换核卵最后长成能在水中自由游泳的蝌蚪。
鱼类换核技术的成熟和两栖类换核的成功,使一批从事良种培育工作的科学家激动不已,既然鲫鱼的囊胚细胞核取代鲫鱼卵细胞核后能得到克隆鱼,那么异种鱼换核能否得到新的杂种鱼呢?我国科学家首先提出了这个问题,也首先解决了这个问题,就是培养克隆鲫鱼成功的那个研究所,设法把鲤鱼胚胎细胞的核取代了鲫鱼卵细胞的核。
鲤鱼细胞核和鲫鱼卵细胞质居然能相安无事,并开始了类似受精卵分裂发育的过程,最后长出有“胡须”的“鲤鲫鱼”,这种鱼有“胡须”,生长快,完全像鲤鱼,但它的侧线鳞片数和脊椎骨的数目与鲫鱼相同,而且鱼味鲜美不亚于鲫鱼。
这种人工克隆新鱼种的出现为鱼类育种开辟了新途径。
对科学的追求是永无止境的,鱼类,两栖类克隆的成功自然而然地使科学家把目光投向了哺乳类。
美国和瑞士的科学家率先从灰色小鼠的胚胎细胞中取出细胞核,用这个核取代黑色小鼠受精卵细胞核。
实际上,这个黑色小鼠的受精卵在精细胞核刚进入卵细胞后,就把精细胞核连同卵细胞的核一起除去。
灰鼠胚胎细胞的核移人黑色小鼠的去核受精卵后,在试管里人工培养了四天,然后再把它植人白色小鼠的子宫内、经几百次灰、黑、白这样的操作以后,白色小鼠终于生下了三只小灰鼠。
1996年2月27日出版的英国“自然”杂志公布了爱丁堡罗斯林研究所威尔莫特等人的研究成果:经过247次失败之后,他们在前年7月得到了一只名为“多利”的克隆雌性绵羊。
“多利”绵羊是如何“创造”出来的呢?威尔莫特等学者先给“苏格兰黑面羊”注射促性腺素,促使它排卵,得到卵之后,立即用极细的吸管从卵细胞中取出核,与此同时,从怀孕三个月的“芬多席特”六龄母羊的乳腺细胞中取出核,立即送人取走核的“苏格兰黑面羊”的卵细胞中,手术完成之后,用相同频率的电脉冲刺激换核卵,让“苏格兰黑面羊”的卵细胞质与“芬多席特”母羊乳腺细胞的核相互协调,使这个“组装”细胞在试管里经历受精卵那样的分裂、发育而形成胚胎的过程,然后,将胚胎巧妙地植人另一只母羊的子宫里。