高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》(2019年版)对“细胞核移植技术”作出如下概念界定:动物细胞核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,使这个重新组合的细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的技术。关于这项技术,学生在初中阶段就有所接触。下图为克隆羊“多莉”的培育过程。
初中阶段学习多莉羊的培育时,教材上给出的操作方法是将体细胞的“核”提取出来,注入去核的卵母细胞中。
在高中教材中,在概念中教材也是这样介绍的,但流程图中却是将整个“供体细胞”注入去核的卵母细胞中。
是教材自相矛盾了吗?体细胞核移植过程中,到底向卵母细胞中注入的是“供体细胞”还是“供体细胞的细胞核”? 这个问题跟不同研究时期的生物技术水平有关,还跟选择的研究对象、实验材料有关。体细胞核移植技术包括核供体细胞与受体细胞的准备、细胞核移植、重构胚的融合、激活、培养和移植等过程。在核移植操作过程中,细胞核供体细胞必须是完整的二倍体,且能够在受体细胞质的作用下,产生细胞分化过程的逆转(重编程)。供体细胞主要有两大类:胚胎卵裂球和体细胞。有相关研究表明,核供体细胞是核移植效率的关键影响因素之一。核供体细胞经过酶、磷酸盐缓冲溶液消化离心,并采用血清饥饿法、接触抑制法等进行同期化处理,即可得到处于相同分裂时期的分散的单个细胞。常用的细胞核移植方法主要有两种:细胞质内注射、透明带下注射。前者是用微型注射针将供体细胞的细胞核吸出,再注入到去核卵母细胞质内;后者是直接将供体细胞注入到去核卵母细胞透明带内,然后用病毒介导或者电脉冲等方式使两个细胞融合,因为这种方法操作简便,对卵母细胞损伤较小,现在较为常用。我国科学家于2017年底培育出的体细胞克隆猴“中中”和“华华”就是采用的后者方法。
“移细胞”与“移核”相比有什么优势?
在移植操作中,最重要的就是要保证供体细胞核的全能性,为了规避取核操作中细胞核受损的风险,科学家在操作时通常采用将整个供体细胞注入去核卵母细胞的方法,这样,最大限度地保护了供体细胞的细胞核。体细胞核移植技术最初是用玻璃微型吸管将供体细胞的细胞核吸出,再注入去核卵母细胞内;后来发展出了另外一种方法,即直接将供体细胞注入去核卵母细胞透明质内,然后用病毒介导或者电脉冲等方式使两个细胞融合。这种方法操作简便,对卵母细胞损伤较小,现在较为常用。因为供体细胞的细胞核拥有完整的遗传信息,对后代的性状表达起决定性的作用,线粒体DNA编码的基因很少,表达的蛋白主要存在于线粒体中,与线粒体自身氧化磷酸化产生能量的功能相关,与后代的性状表达并没有很大的关系。但是核移植后的细胞质中同时存在供体细胞和受体细胞的线粒体,到底这些线粒体是共存,还是一种消失、一种保留,目前还处于研究阶段。
生物学是一门复杂性科学,复杂性是生命系统的固有属性,不确定性、概率性等是生命复杂系统的重要特点。生物学家Ernst Mayr在《The Growth of Biological Thought》一书中写到:生物学中的概括几乎完全是几率性的,生物学只有一条普遍定律,那就是一切生物学定律都有例外。因此,生物学的学习不能以片面、孤立的观点看待问题,要树立对立统一、普遍联系的唯物辩证思想。