克隆技术发展与应用

结课论文学学院：生物科学与工程学院班级：生科1201班姓名：骞婧学号：1212014026-1-学克隆技术发展与应用[摘要]克隆,是Clone的译音,意为无性繁殖,克隆技术即无性繁殖技术。克隆技术在现代生物学中被称为“生物放大技术”,它已经历了三个发展时期:第一个时期是微生物克隆,第二个时期是基因克隆,第三个时期是动物克隆。在自然界,有不少植物具有先天的克隆本能,如番薯、马铃薯、玫瑰等插枝繁殖的植物。主要有动物克隆和植物克隆，本文将对克隆技术的发展及其应用前景进行综述。[关键词]克隆技术;发展;应用0引言已经试验成功的克隆羊多利[1],是最先利用体细胞克隆成功的,它在生物工程史上揭开新的一页。在自然界,有不少植物具有先天的克隆本能,如、番薯、马铃薯、玫瑰等插枝繁殖的植物。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。克隆技术的前景不可估量。1克隆原理和克隆技术过程1.1克隆原理“克隆”(clone)，即无性繁殖系(asexualrepro-duction)。无性繁殖的手段有多种，包括孤雌生殖、卵裂球的分离与培养、胚胎切割和细胞核移植等。而产生克隆动物的方法则称之为动物克隆技术[2]。通过显微操作技术把细胞核(供体)移人去除遗传物质的成熟卵母细胞(受体)中，细胞核在移人的细胞质的支持下，发生发育程序重编(reprogram-ming)，形成重组胚，使得核质重组体与正常受精卵一样，经细胞分裂、分化、并在母体内发育成一个新的动物个体[3]称为细胞核移植技术。在高等哺乳动物中，细胞核移植技术是生产克隆动物最为有效的克隆技术，因此，动物克隆技术实际上是指细胞核移植技术。1.2克隆技术过程目前，哺乳动物体细胞核移植技术形成了一套比较完善的程序，主要包括:核受体胞质的准备、核供体细胞的选择和处理、重构胚的构建、重构胚激活、重构胚的培养等。植物克隆也叫无融合生殖,是指植物不需要精、卵结合就能产生后代,无需进行有性杂交,没有基因重组现象,完全是单体无性繁殖。2.克隆技术的发展与遇到的问题2.1克隆技术的发展早在本世纪50年代,美国的科学家以两栖动物和鱼类作研究对象.首创了细胞核移植技术,他们研究细胞发育分化的潜能问题,细胞质和细胞核的相互作用问题。1986年英国科学家魏拉德森首次把胚胎细胞利用细胞核移植法克隆出一只羊,以后又有人相继克隆出牛、羊鼠、兔、猴等动物。我国的克隆技术也颇有成就,80年代末,我国克隆出一只免,1991年农大学发育研究所与江苏农学院克隆羊成功,1993年中科院岑育生物研究所与扬州大学农学院共同克隆出一批山羊,1995年华南师大和广西农大合作克隆出甲,接着中国农科院畜牧研究所于19%年克隆牛获得成功。而美国最近克隆猴取得成功,日本科学家也声称他们繁殖出200多头“克隆牛”。以上所述的克隆动物,都是用胚胎细胞作为供体细胞进行细胞核移植而获得成功的。1997年2月英国罗斯林研究所宜布克隆成功的小羊多利,是用乳腺上皮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-2-的传统方式,使克隆技术有了长足的进展。1998年7月,美国夏威夷大学Wakayama等报道,由小鼠卵丘细胞克隆了27只成活小鼠,其中7只是由克隆小鼠再次克隆的后代,这是继“多莉”以后的第二批哺乳动物体细胞核移植后代。1998年1月,美国威斯康星一麦迪逊大学的科学家们以牛的卵子为受体,成功克隆出猪、牛、羊、鼠和猕猴五种哺乳动物的胚胎。这一研究结果表明,某个物种的未受精卵可以同取自多种动物的成熟细胞核相结合。1999年,美国科学家用牛卵子克隆出珍稀动物盘羊的胚胎;我国科学家也用兔卵子克隆了大熊猫的早期胚胎。这些成果说明克隆技术有可能成为保护和拯救濒危动物的一条新途径。2000年,Mc-Creath等[4]对绵羊胎儿成纤维细胞进行基因打靶,将COL-LAL(原胶原)基因座位作为被打靶的内源序列,在COLLAL基因内插入neo盒和AAT(α抗胰蛋白酶)基因,经同源重组后进行体细胞克隆,从而获得基因打靶的克隆羊,把人的AAT基因定点整合到COLLAL基因位置,解决了传统转基因中随机整合的问题,展示了克隆技术在转基因动物生产的广阔前景。2000年6月,中国西北农林科技大学利用成年山羊体细胞克隆出两只“克隆羊”,但其中一只因呼吸系统发育不良而早夭。据介绍,所采用的克隆技术为该研究组自己研究所得,与克隆“多莉“的技术完全不同,这表明我国科学家也掌握了体细胞克隆的尖端技术[5,7]。2001年3头体细胞克隆牛成功后,2002年4月中国农业大学李宁教授等采用体细胞克隆技术成功的克隆出我国第1头克隆黄牛———波娃,这在国际上也是首次用体细胞克隆出中国优质黄牛。2.2克隆技术发展面临的问题尽管动物克隆技术有着广泛的应用前景,但离产业化尚有很大距离。因为作为一个新兴的研究领域,克隆技术在理论和技术上都还不完善。在理论上,分化的体细胞克隆对遗传物质重编的机理还不清楚;克隆动物是否会记住供体细胞的年龄,克隆动物的连续后代是否会累积突变基因,以及在克隆过程中胞质线粒体所起的遗传作用等问题还没有解决。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1.70%和1.10%[8],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陷。植物克隆技术方面也不是十全十美的,如快繁技术在加速森林重建中的树种培育方面,却不能储存不同地区的物种差异,在农作物生产方面减少了物种差异,使同一基因的物种呈现单一的表现形式。除上述理论和技术上面临的问题之外,人们在观念上也存在重大分歧。动物克隆技术的重大突破,带来了广泛的争议。有人说,克隆技术对人类来说,是一把“双刃剑”一方面,它能给人类带来许多益处,诸如保持优良品种、挽救濒危动物、利用克隆动物相同的基因背景进行生物医学研究等;另一方面,它将对生物多样性提出挑战,生物多样性是自然进化的结果,也是进化的动力,有性繁殖是形成生物多样性的重要基础,而“克隆动物“则会导致生物品系减少,个体生存能力下降。更让人不寒而栗的是,克隆技术一旦被滥用于克隆人类自身,会引发一系列严重的伦理道德冲突。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。世界各国政府和科学界已对此高度关注。联大法律委员会自2001年以来一直在讨论禁止生殖性克隆人的国际立法问题宣言要求联合国所有成员国禁止任何形式的克隆人,“只要这种做法违反人类尊严和保护人的生命原则”。由于宣言的表述非常含混不清,宣言提到的禁止可能会被误解为也涵盖治疗性克隆研究,中国对宣言投了反对票。中国代表表示中国政府将继续坚持反对生殖性克隆人的立场,并将加强对治疗性克隆研究的管理和控制,确保人类的尊严和国际公认的生命伦理原则不受损害[9]。-3-3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。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、生物反应器,以及用于家畜遗传改良,创建疾病实验模型等。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。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及使小鼠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。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。在植物克隆方面,植物基因克隆技术在植物的分子生物学和基因工程中有着巨大的潜能,随着新的基因资源的不断发掘,作物许多性状诸如产量、品质、抗性,植株的形态、熟期、花器发育的调节,以及一些复杂的生理生化性状等都渴望得到进一步的改良。通过组织培养快速大量繁殖植物的克隆技术(简称快繁)在农作物生产、植物品种改良和森林重建计划等方面正悄悄地改变着世界。现在快繁技术较多的被用于快速培育优质生态防护林苗木和珍稀濒危植物。将来组织培养将被更多地应用于培养能生产人工合成的药品和聚合物的树种。克隆技术的出现,是生命科学研究中的重大突破,有些人甚至将之与物理学领域原子能的发现相提并论。我们应该庆幸人类又掌握了可以为人类谋取幸福的一种新技术。参考文献[1]BondioliK..R.M.E.,WesthusinC.R.Looneyproductionofidenticaloffspringbynucleartransin[J].Theriogenology,1990,33:165-174.[2]石德顺.动物繁殖生物技术「M].北京:中国农业出版社，2002,322-346.[3]李雪峰.牛卵母细胞孤雌激活与体细胞核移植〔D].陕西杨凌:西北农林科技大学，2001.[4]MeCreathKJ,HowcroftJ,CampbellK,etal.Productionofgenetargetedsheepbynucleartransferfromculturedsomaticcells[J].Neture,2000,405(6790):1066-1069.[5]柏松林,等.中国大兴安岭植物志[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1994.[6]罗鸣福.林业试验设计方法[M].北京:中国林业出版社,1984.[7]沈熙环.林木育种学[M].北京:中国林业出版社,1990.[8]何兰花,卢家现.哺乳动物克隆技术研究进展[J].佛山科学技术学院学报(自然科学版),1999,44,16-18.[9]新华社电2005-02-20.