【答疑解惑】动物细胞核移植时,注入卵母细胞的是供体细胞还是细胞核?供体细胞质有什么影响?

来源:江苏省仪征中学高二生物备课组 时间:2025-04-23
 

动物细胞核移植时,注入卵母细胞的是供体细胞还是细胞核?供体细胞质有什么影响?

哺乳动物的核移植过程得到了不断的发展,已经进入了注入的是整个供体细胞,而不是仅注入供体细胞核,那么,注入整个体细胞,核的全能性有没有影响呢?供体细胞质内的结构和成分还能发挥作用吗?如供体的线粒体中的遗传物质是否能表达出相应性状?

1.核移植的发展简史

核移植技术的发展经历了从胚胎细胞到体细胞、从两栖类到哺乳类的跨越,其核心在于揭示细胞核的全能性及重编程机制。尽管存在技术和伦理挑战,核移植仍在医学、农业和濒危物种保护中展现出巨大潜力,未来或将成为生命科学领域的核心技术之一。

1)早期探索与理论基础

1902年,Hans Spemann蝾螈实验。德国胚胎学家Hans Spemann通过结扎蝾螈受精卵,发现早期胚胎细胞仍具有发育为完整个体的潜力。

1952年:BriggsKing的青蛙核移植。Robert BriggsThomas King首次成功将青蛙(豹蛙)的胚胎细胞核移植到去核卵母细胞中,并发育为蝾螈幼体。首次证明胚胎细胞核具有发育全能性,但未实现体细胞核移植。

2)体细胞核全能性的突破

1962年,John Gurdon的非洲爪蟾实验。英国科学家John Gurdon将非洲爪蟾的肠道上皮细胞核移植到去核卵母细胞中,成功获得可育的成年爪蟾。首次证明已分化的体细胞核仍具有全能性,推翻分化不可逆的传统观点,为核移植技术奠定基础。

1975年,哺乳动物胚胎细胞核移植。科学家首次在小鼠中实现胚胎细胞核移植,但仅发育至胚胎早期阶段。

1986年,Steen Willadsen的绵羊胚胎克隆。丹麦科学家Steen Willadsen通过胚胎细胞核移植技术,成功克隆出绵羊。首次在哺乳动物中实现克隆,但克隆来源仍限于胚胎细胞。

3)体细胞核移植的里程碑

1996年,多莉羊诞生。 英国罗斯林研究所的Ian WilmutKeith Campbell团队,将成年绵羊的乳腺细胞核移植到去核卵母细胞中,成功克隆出第一只体细胞克隆哺乳动物——多莉羊(Dolly)。证明已分化的体细胞核可通过核移植重编程为全能状态。

2. 核移植技术的挑战——供体细胞细胞质的影响

研究者通过实验不断摸索出了另外一种方法,即直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内,然后用病毒介导或电脉冲等方式使两个细胞融合,因为这种方法简便,对卵母细胞损伤小,所以后来较为常用。

目前,核移植技术的最大的挑战应该是核重编程效率低(克隆动物存活率仅1–3%)、线粒体异质性、表观遗传异常、克隆动物早衰、器官缺陷等问题。

(1)透明带下注射的过程与供体细胞质的影响

透明带下注射是将供体细胞(如体细胞)置于去核卵母细胞的透明带下,随后通过电融合或化学方法使两者融合。在体细胞核移植(SCNT)过程中,透明带下注射供体细胞时,确实会带入少量供体细胞的细胞质成分。此过程可能引入少量供体细胞质,包括线粒体、细胞质RNA、蛋白质等。然而,相较于卵母细胞庞大的细胞质体积,供体细胞质的比例极低,其影响通常被稀释或覆盖。

卵母细胞质中含有丰富的重编程因子(如Oct4Sox2等转录因子,以及组蛋白修饰酶和表观遗传调控因子),这些因子能高效去除供体核的表观遗传记忆,重新激活全能性相关基因。即使存在少量供体细胞质,卵母细胞的重编程能力仍占主导地位。

供体线粒体可能引起线粒体异质性,主要存在于核移植个体胚胎发育的早期,但通常会被卵母细胞线粒体稀释,对核全能性影响较小。克隆动物(如多莉羊)的成功表明,少量异源线粒体不影响发育。

若供体细胞质含有分化相关因子(如某些mRNA或抑制性蛋白),理论上可能干扰重编程。但实验表明,卵母细胞的重编程能力足以克服这些微量干扰。另外,即使注入了体细胞的细胞质,也会通过代谢活动失去原有的作用。

总之,卵母细胞质体积庞大,重编程因子占绝对优势;供体细胞质的量极少,干扰成分被稀释; 克隆技术的成功案例证明,即使存在少量供体细胞质,核重编程仍可高效完成。

2)实验证据与优化策略

克隆效率的实践表明,尽管透明带下注射可能引入少量供体细胞质,但SCNT的成功案例(如克隆动物)表明其对核全能性激活的影响有限。

   部分研究通过直接注射细胞核(而非整个细胞)减少细胞质残留,但操作复杂性增加,且未显著提高成功率,进一步说明供体细胞质的影响较小。然而,在特定情况下(如供体细胞含有强效抑制因子),需进一步优化技术以减少细胞质残留。总体而言,透明带下注射仍是核移植中可靠且广泛使用的方法。


 
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