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克隆是什麽?

“克隆”是從英文“clone”音譯而來,在生物學領域有3個不同層次的含義。

1.在分子水平,克隆壹般指DNA克隆(也叫分子克隆)。含義是將某壹特定DNA片斷通過重組DNA技術插入到壹個載體(如質粒和病毒等)中,然後在宿主細胞中進行自我復制所得到的大量完全相同的該DNA片斷的“群體”。

2.在細胞水平,克隆實質由壹個單壹的***同祖先細胞分裂所形成的壹個細胞群體。其中每個細胞的基因都相同。比如,使壹個細胞在體外的培養液中分裂若幹代所形成的壹個遺傳背景完全相同的細胞集體即為壹個細胞克隆。又如,在脊椎動物體內,當有外源物(如細菌或病毒)侵入時,會通過免疫反應產生特異的識別抗體。產生某壹特定抗體的所有漿細胞都是由壹個B細胞分裂而成,這樣的壹個漿細胞群體也是壹個細胞克隆。細胞克隆是壹種低級的生殖方式-無性繁殖,即不經過兩性結合,子代和親代具有相同的遺傳性。生物進化的層次越低,越有可能采取這種繁殖方式。

3.在個體水平,克隆是指基因型完全相同的兩個或更多的個體組成的壹個群體。比如,兩個同卵雙胞胎即為壹個克隆!因為他(她)們來自同壹個卵細胞,所以遺傳背景完全壹樣。按此定義,“多利”並不能說成是壹個克隆!因為“多利”只是孤單的壹個。只有當那些英國胚胎學家能將兩個以上完全相同的細胞核移植到兩個以上完全相同的去核卵細胞中,得到兩個以上遺傳背景完全相同的“多利”時才能用克隆這個詞來描述。所以在那篇發表於1997年2月出版在《Nature》雜誌上的轟動性論文中,作者並沒有把“多利”說成是壹個克隆。

另外,克隆也可以做動詞用,意思是指獲得以上所言DNA、細胞或個體群體的過程。

二、克隆技術

1.DNA克隆

現在進行DNA克隆的方法多種多樣,其基本過程如下圖所示(未按比例)

可見,這樣得到的DNA可以應用於生物學研究的很多方面,包括對特異DNA的堿基順序的分析和處理,以及生物技術工業中有價值蛋白質的大量生產等等。

2.生物個體的克隆

(1)植物個體的克隆

在20世紀50年代,植物學家用胡蘿蔔為模型材料,研究了分化的植物細胞中遺傳物質是否丟失問題,他們驚奇地發現,從壹個單壹已經高度分化的胡蘿蔔細胞

可以發育形成壹棵完整的植株!由此,他們認為植物細胞具有全能性。從壹棵胡蘿蔔中的兩個以上的體細胞發育而成的胡蘿蔔群體的遺傳背景完全壹樣,故為壹個克隆。如此的植物的克隆過程是壹個完全的無性繁殖過程!

(2)動物個體的克隆

① “多利”的誕生

1997年2月27日英國愛丁堡羅斯林(Roslin)研究所的伊恩·維爾莫特科學研究小組向世界宣布,世界上第壹頭克隆綿羊“多利”(Dolly)誕生,這壹消息立刻轟動了全世界。

“多莉”的產生與三只母羊有關。壹只是懷孕三個月的芬蘭多塞特母綿羊,兩只是蘇格蘭黑面母綿羊。芬蘭多塞特母綿羊提供了全套遺傳信息,即提供了細胞核(稱之為供體);壹只蘇格蘭黑面母綿羊提供無細胞核的卵細胞;另壹只蘇格蘭黑面母綿羊提供羊胚胎的發育環境——子宮,是“多莉”羊的“生”母。其整個克隆過程簡述如下:

從芬蘭多塞特母綿羊的乳腺中取出乳腺細胞,將其放入低濃度的營養培養液中,細胞逐漸停止了分裂,此細胞稱之為供體細胞;給壹頭蘇格蘭黑面母綿羊註射促性腺素,促使它排卵,取出未受精的卵細胞,並立即將其細胞核除去,留下壹個無核的卵細胞,此細胞稱之為受體細胞;利用電脈沖的方法,使供體細胞和受體細胞發生融合,最後形成了融合細胞,由於電脈沖還可以產生類似於自然受精過程中的壹系列反應,使融合細胞也能象受精卵壹樣進行細胞分裂、分化,從而形成胚胎細胞;將胚胎細胞轉移到另壹只蘇格蘭黑面母綿羊的子宮內,胚胎細胞進壹步分化和發育,最後形成壹只小綿羊。出生的“多莉”小綿羊與多塞特母綿羊具有完全相同的外貌。

壹年以後,另壹組科學家報道了將小鼠卵丘細胞(圍繞在卵母細胞外周的高度分化細胞)的細胞核移植到去除了細胞核的卵母細胞中得到20多只發育完全的小鼠。如呆“多利”因為只有壹只,還不夠叫做克隆羊的話,這些小鼠

就是名副其實的克隆鼠了。

② 通過細胞核移植克隆小鼠的基本過程

在本實驗中,卵丘細胞是經如下過程得到的:通過連續幾次註射絨毛膜促性腺激素,使雌鼠誘導成高產卵量狀態。然後從雌鼠輸卵管中收集卵丘細胞與卵母細胞的復合體。經透明質酸處理使卵丘細胞散開。選擇直徑為10-12微米的卵丘細胞用作細胞核供體(前期實驗表明,若用直徑更小或更大的卵丘細胞的細胞核,經過細胞核移植的卵母細胞很少發育到8細胞期)。所選擇的卵丘細胞保持在壹定的溶液環境中,在3小時內進行細胞核移植(與此不同的是,在獲得“多利”時用作細胞核供體的乳腺細胞先在培養液中傳代了3-6次)

卵母細胞(壹般處於減數分裂中期 II )通過與上面描述類似的方法,從不同種的雌鼠中收集。在顯微鏡下小心地用直徑大約7微米的細管取出卵母細胞的細胞核,盡量不取出細胞質。同樣小心取出卵丘細胞的細胞核,也盡量去除所帶的細胞質(通過使取出的細胞核在玻璃管中往復運動數次,以去除所帶的少量的細胞質)。在細胞核被取出後5分鐘之內,直接註射到已經去除了細胞核的卵母細胞中。進行了細胞核移植的卵母細胞先放在壹種特制的溶液中1-6小時,然後加入二價的鍶離子(Sr2+)和細胞分裂抑素B。前者使卵母細胞激活,後者抑制極體的形成和染色體的排除。再取出處理過的卵母細胞,放在沒有鍶和細胞分裂抑素B的特制的溶液中使細胞分裂形成胚胎。

不同階段的胚胎(從2細胞期到胚泡期)被分別植入幾天前與已經結紮雄鼠交配過的假孕母鼠的輸卵管或子宮中發育。發育完全的胎兒鼠在大約19天後通過手術取出。

目前胚胎細胞核移植克隆的動物有小鼠、兔、山羊、綿羊、豬、牛和猴子等。在中國,除猴子以外,其他克隆動物都有,也能連續核移植克隆山羊,該技術比胚胎分割技術更進壹步,將克隆出更多的動物。因胚胎分割次數越多,每份細胞越少,發育成的個體的能力越差。體細胞核移植克隆的動物只有壹個,就是“多利”羊。

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