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蚂蚁淘大讲堂:克隆的历史与发展
克隆是英文"clone"或"cloning"的音译,而英文"clone"则起源于希腊文"Klone",原意是指以幼苗或嫩枝插条,以无性繁殖或营养繁殖的方式培育植物,如扦插和嫁接。在大陆译为“无性繁殖”,在台湾与港澳一般意译为复制,转殖或群殖。中文也有更加确切的词表达克隆,“无性繁殖”、“无性系化”以及“纯系化”。克隆是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖,以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。通常是利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因的个体或种群。
中文名
克隆
外文名
clone
性质
生物植物
意指
生物体与体细胞
来源
希腊的“klone”
蛙:1952年,罗伯特·布里格斯和托马斯·J·金成功地克隆了北方豹蛙:35完整的胚胎和27蝌蚪104个核克隆成功。
鲤鱼:1963年,中国科学家童第周在1963年通过将一只雄性鲤鱼的遗传物质注入雌性鲤鱼的卵中从而成功克隆了一只雌性鲤鱼。但由于相关论文是发表在一本中文科学期刊,并没有翻译成英文,所以并不为国际上所知晓。
绵羊:1996年,多莉(Dolly)
鼠:1998年,Cumulina,夏威夷大学。
日本茨城县茨城市的理化学研究所理研研究小组,团队召集人是小仓淳郎,从老鼠的尾巴采1滴血液,利用白细胞的核来复制动物,将来或许可运用于复制其他动物。
猕猴:2000年1月,Tetra,雌性
猪:2000年3月,2000年3月,5只苏格兰PPL小猪;8月,Xena,雌性。2013年1月30日,台湾成功复制迷你猪。中华民国国家科学委员会今30日公布,由台湾3所学术机构共同花了3年时间,成功改良新式的胚复制技术“手工卵子分切复制技术”,已复制出两胎花斑迷你猪,其中1只已成功繁衍后代,显示技术已达成熟阶段,猪只现由竹南动科所饲养。
牛:2001年,Alpha和Beta,雄性
猫:2001年底,CopyCat(CC),雌性
兔:2003年3-4月分别在法国和朝鲜独立地实现;
骡:2003年5月,爱达荷Gem,雄性;6月,犹他先锋,雄性
鹿:2003年,Dewey
马:2003年,Prometea,普罗米特亚(普罗米修斯的阴性变格)雌性
狗:2005年,韩国首尔大学实验队,史纳比
灰狼:2007年,韩国首尔大学动物克隆研究组,Snuwolf和Snuwolffy,雄性
骆驼:2015年
克隆的定义(一)
1963年J.B.S.Haldane在题为“人类种族在未来二万年的生物可能性”的演讲上采用“克隆(Clone)”的术语。科
克隆羊技术流程示意图
学家把人工遗传操作动物繁殖的过程叫“克隆”,这门生物技术叫“克隆技术”,其本身的含义是无性繁殖(中国大陆的翻译),即由同一个祖先细胞分裂繁殖而形成的纯细胞系,该细胞系中每个细胞的基因彼此相同。
克隆也可以理解为复制、拷贝和翻倍(港澳台的意译),就是从原型中产生出同样的复制品,它的外表及遗传基因与原型完全相同,但大多行为思想不同。时至今日,“克隆”的含义已不仅仅是“无性繁殖”,凡是来自同一个祖先,无性繁殖出的一群个体,也叫“克隆”。这种来自同一个祖先的无性繁殖的后代群体也叫“无性繁殖系”,简称无性系。简单讲就是一种人工诱导的无性繁殖方式。但克隆与无性繁殖是不同的。克隆是指人工操作动物繁殖的过程,无性繁殖是指:不经过两性生殖细胞的结合由母体直接产生新个体的生殖方式,常见的有孢子生殖、被子生殖出芽生殖和分裂生殖。由植物的根、茎、叶等经过压条、扦插或嫁接等方式产生新个体也叫无
克隆驴
性繁殖。绵羊、猴子和牛等动物没有人工操作是不能进行无性繁殖的。——因此,高中一些练习题里将扦插排除在“克隆”之外。另外,花药离体培养成单倍体,不受精的卵细胞孤雌发育成个体如雄蜂雄蚁,叫做单性繁殖,严格来说也不算克隆。而试管婴儿由于有受精过程所以也不属于克隆。科学要求严谨,定义非常关键,有时候概念的内涵和外延变化了,我们大部分人还使用旧有的内容,这样就造成了混淆和混乱。
克隆羊多利是克隆的产物。关于克隆的设想,中国明代的大作家吴承恩在《西游记》中已有精彩的描述——孙悟空经常在紧要关头拔一把猴毛变出一大群猴子,这当然是神话,但用今天的科学名词来讲就是孙悟空能迅速将自己身体的一部分克隆成自己。从理论上讲,猴子毛含有的蛋白质是指导该部分毛发合成的DNA的部分表达(与其内含子和外显子有关),可以进行逆转录,也就是可以克隆,但是事实上,我们的技术没有先进到这样的地步。
另外一种克隆方法是提取两个或多个人的基因细胞进行组合形成胚胎,出生后的克隆人将有提供基因的几个人的特征。
由于克隆技术是无性生殖所以它并不是根据基因重组、基因突变、染色体变异等原理而发明的技术。
虽然克隆很神奇,但是它诱人的地方也就是它最危险的地方。
简单地说,克隆的定义就是:不经过两性细胞结合而直接繁衍后代,就叫无性繁殖,也称克隆。
克隆的定义(二)
克隆,是指通过无性生殖而产生的遗传上均一的生物群,即具有完全相同的遗传组成的一群细胞或者生物的个体。克隆在希腊语中是“小树枝叶”的意思,用以指无性增殖物。现在则指个体、细胞、基因等不同水平上的无性增殖物。(1)个体水平:在植物的无性增殖中,植物的发芽、插条等由同一个体通过无性生殖而增长的个体群均被视为克隆。采用组织培养方法可使植物细胞培养发育成完全的个体(愈伤组织),采用这种方法得到的具有相同基因型的个体群,也被称为克隆;在动物的无性增殖中,典型的例子是采用核移植实验方法,把分化细胞的核移植到一个事先去核的蛙卵中,让其发育并得到克隆蛙。克隆动物具有均一遗传性质,在研究环境条件对发育、分化的影响以及药物的检测方面都是重要的实验材料。在哺乳动物中,由于细胞分化,核异质化的程度加剧,因此核移植尚无成功的例子。(2)细胞水平:由一个细胞经过有丝分裂生成的细胞群叫克隆。但如果培养细胞发生转化,则很容易引起染色体变异。(3)基因水平:利用基因重组操作技术,使特定的基因与载体结合,在细菌等宿主中进行增殖,有可能得到均匀的基因群。克隆基因在基因功能与精细结构的关系等基础研究及在有用物质的生产方面,均已得到应用。
在上述3种水平上,增殖并分离获得单一的克隆群称为克隆化。此时,克隆一词也可作为动词理解。克隆是重组DNA技术的核心部分。事实上,克隆技术现已被人们用来通过营养方式繁殖病毒等微生物和植物的纯种,从而保证了这些生物基因组的准确连续性。现在,克隆这个词还包括单个自主遗传因子的分离与保存。细胞生物的克隆只需要营养培养基,而基因的克隆则需要某种载体复制子、特定的寄主细胞和营养培养基。各种类型生物的克隆技术在生物工程中均有其重要作用。
1.由同一个祖先细胞分裂繁殖而形成的纯细胞系(每个基因彼此相同)。
2.先将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的受体卵细胞中,利用微电流刺激等使两者融合为一体。(与提供细胞者基因相同)
先将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的卵细胞中,利用微电流刺激等使两者融合为一体,然后促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎,当胚胎发育到一定程度后,再被植入动物子宫中使动物怀孕,便可产下与提供细胞核者基因相同的动物。这一过程中如果对供体细胞进行基因改造,那么无性繁殖的动物后代基因就会发生相同的变化。
克隆技术不需要雌雄交配,不需要精子和卵子的结合,只需从动物身上提取一个单细胞,用人工的方法将其培养成胚胎,再将胚胎植入雌性动物体内,就可孕育出新的个体。这种以单细胞培养出来的克隆动物,具有与单细胞供体完全相同的特征,是单细胞供体的“复制品”。英国英格兰科学家和美国俄勒冈科学家先后培养出了“克隆羊”多利和“克隆猴”
克隆
。克隆技术的成功,被人们称为“历史性的事件,科学的创举”。有人甚至认为,克隆技术可以同当年原子弹的问世相提并论。
克隆技术可以用来生产“克隆人”,可以用来“复制”人,因而引起了全世界的广泛关注。对人类来说,克隆技术是悲是喜,是祸是福?唯物辩证法认为,世界上的任何事物都是矛盾的统一体,都是一分为二的。克隆技术也是这样。如果克隆技术被用于“复制”像希特勒之类的战争狂人,那会给人类社会带来什么呢?即使是用于“复制”普通的人,也会带来一系列的伦理道德问题。如果把克隆技术应用于畜牧业生产,将会使优良牲畜品种的培育与繁殖发生根本性的变革。若将克隆技术用于基因治疗的研究,就极有可能攻克那些危及人类生命健康的癌症、艾滋病等顽疾。克隆技术犹如原子能技术,是一把双刃剑,剑柄掌握在人类手中。人类应该采取联合行动,避免“克隆人”的出现,使克隆技术造福于人类社会。
两次的飞跃非哺乳类到哺乳类
胚胎细胞克隆到体细胞克隆
年代 | 1952 | 1972 | 1978 | 1996 | 1998 | 2000 | 2001 |
成果 | 克隆蝌蚪 | 基因复制 | 试管婴儿 | 克隆羊 | 大批克隆 | 克隆猴 | 克隆牛和猫 |
克隆技术又称为“生物放大技术”,它经历了三个发展时期:第一个时期是微生物克隆时期,即用一个细菌可以很快复制出成千上万个和它一模一样的细菌,从而变成一个细菌群;第二个时期是生物技术克隆时期,比如用遗传基因一DNA进行克隆;第三个时期是动物克隆时期,即由一个细胞克隆成一个动物。克隆绵羊“多利”就是由一头母羊的体细胞克隆而来,使用的便是动物克隆技术。
在自然界,有不少植物生来就具有克隆本能,如番薯、马铃薯、玫瑰等能够进行插枝繁殖的植物。而动物的克隆技术,则经历了由胚胎细胞到体细胞的发展过程。
一些无脊椎动物(虫类、某些鱼类、蜥蜴和青蛙)未受精的卵也可以在某些特定环境下,比如受到化学刺激的条件下,成
插枝繁殖
长并发育成完整个体。这一过程也被称为是产卵雌性的克隆。
早在20世纪50年代,美国的科学家以两栖动物和鱼类作为研究对象,首创了细胞核移植技术,这可以比做“狸猫换太子”。其基本过程是先将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的卵细胞中,利用微电流刺激等手段使两者融合为一体,然后促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎,当胚胎发育到一定程度后(罗斯林研究所克隆羊用了约为6天的时间),再被植入动物子宫中使动物怀孕便可产下与提供细胞者基因相同的动物。在这一过程中如果对供体细胞进行基因改造,那么无性繁殖的动物后代基因就会发生相同的变化。培育成功三代克隆鼠的“火奴鲁鲁技术”与克隆多利羊技术的主要区别在于,克隆过程中的遗传物质不经过培养液的培养,而是直接用物理方法注入卵细胞里面。这一过程中采用化学刺激法代替电刺
激法来促使卵细胞的融合。1986年,英国科学家魏拉德森用胚胎细胞克隆出一只羊,以后又有人相继克隆出牛、鼠、兔、猴等动物。这些克隆动物的诞生,均是利用胚胎细胞作为供体细胞进行细胞核移植从而获得成功的。这种克隆技术的难度要小一些,比较适合研究。
而克隆绵羊“多利”是用乳腺上皮细胞(体细胞)作为供体细胞进行细胞核移植的,它翻开了生物克隆史上崭新的一页,突破了利用胚胎细胞进行核移植的传统方式,使克隆技术有了长足的进展。多利完全继承了其亲生母亲一体细胞提供者一多塞特母绵羊的核DNA(仍有细胞质遗传),是多塞特母绵羊的“复制品”。
同一克隆的所有成员的遗传构成是完全相同的,例外仅见于有突变发生时。自然界早已存在天然植物、动物和微生物的克隆,例如:同卵双胞胎实际上就是一种克隆。然而,天然的哺乳动物克隆的发生率极低,成员数目太少(一般为两个),且缺乏目的性,所以很少能够被用来为人类
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