克隆的概念定义是?

克隆的概念定义是?
克隆的概念定义是?

克隆的概念定义是?
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组织后代的过程.

“克隆”是从英文“clone”音译而来，在生物学领域有3个不同层次的含义。
在分子水平，克隆一般指DNA克隆(也叫分子克隆)。含义是将某一特定DNA片段通过重组DNA技术插入到一个载体(如质粒和病毒等)中，然后在宿主细胞中进行自我复制所得到的大量完全相同的该DNA片段的“群体”。
在细胞水平，克隆是指由一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的一个细胞群体。比如，使一个单一细胞在体外的培养...

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“克隆”是从英文“clone”音译而来，在生物学领域有3个不同层次的含义。
在分子水平，克隆一般指DNA克隆(也叫分子克隆)。含义是将某一特定DNA片段通过重组DNA技术插入到一个载体(如质粒和病毒等)中，然后在宿主细胞中进行自我复制所得到的大量完全相同的该DNA片段的“群体”。
在细胞水平，克隆是指由一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的一个细胞群体。比如，使一个单一细胞在体外的培养液中分裂若干代所形成的一个遗传背景完全相同的细胞集体即为一个细胞克隆。又如，在脊椎动物体内，当有外源物(如细菌或病毒)侵入时，会通过免疫反应产生特异的识别抗体。产生某一特定抗体的所有浆细胞都是由同一个B细胞分裂而成，这样的一个浆细胞群体也是一个细胞克隆。
在个体水平，克隆是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的一个群体。比如，两个同卵双胞胎即为一个克隆！因为他／她们来自同一个受精卵细胞，所以遗传背景完全一样。后面要讨论的通过细胞核移植所得到的一个遗传背景完全相同的动物或植物群体也是一个克隆。但是，按此定义，“多莉”并不能说成是一个克隆！因为“多莉”只是孤单的一个。只有当那些英国胚胎学家能将两个以上完全相同的细胞核移植到两个以上完全相同的去核卵母细胞中，得到两个以上遗传背景完全相同的“多莉”时，才能用克隆这个词来描述。所以在那篇发表于1997年2月出版在《Nature》杂志上的轰动性论文中，作者并没有把“多莉”说成是一个克隆。
另外，克隆也可做动词用，意思是指获得以上所言DNA、细胞或个体群体的过程。
2 DNA克隆
在本世纪50年代初，生物学家对遗传物质的载体是 DNA(而不是以前长期所认为的蛋白质)这一事实已经没有什么疑问了；对DNA的化学组成(4种核苷酸通过磷酸二酯键共价连接而成的长链分子)和分子结构(双螺旋)也有了清楚的认识。但是，对于如何研究分布在这些长链DNA分子上的一个个基因的特异结构和功能却无计可施。70年代中期出现的重组DNA技术使基因研究“柳暗花明”。重组DNA技术是将两段或更多的DNA分子进行特异的切割和重新连接的过程。出现这一技术的关键是限制性内切酶，在细菌中的被发现。有一类限制性内切酶(现在已经有几百种被鉴定)，其中的每一种都可以识别一段特异的DNA序列(一般为4～8个核苷酸组成)，并将所识别序列以特定的方式进行双链切割。在细菌细胞内，这些限制性内切酶的主要作用是破坏(限制)入侵的外来 DNA分子(如病毒 DNA)。细菌可以通过修饰自己的特异DNA序列而防止自身的DNA被限制性内切酶所破坏。重组DNA技术中的另一关键蛋白是能把两段DNA分子连接成一段的所谓DNA连接酶。
现在进行DNA克隆的方法多种多样，这里介绍一下其典型的过程(图1)。
首先需要获得DNA载体。DNA载体开始是由能够在宿主细胞中自我复制的分子量较小的质粒(为环状)或病毒经过人工改造而成。在过去的30多年的时间内，基于对DNA结构和功能的更多了解，通过重组DNA技术，科学家对DNA载体进行了多种多样的巧妙设计和改造，以适合不同应用的需要。比如，大量用于人类基因组工程研究的酵母人工染色体(YAC)就是基于对酵母染色体的结构和功能的了解而研制的，可以接受很长外源DNA片段的DNA载体。要进行克隆的外源DNA可以来自细胞核中的染色体(即所谓基因组DNA)，也可以来自从信使RNA经反转录而成的cDNA。经限制性内切酶切割的外源DNA片段在DNA连接酶的帮助下即可插入到经相同的限制性内切酶切割的载体DNA中，形成重新组合了的“重组DNA”。重组的DNA转入宿主细胞内后，进行大量复制，从而得到所插入DNA片段的分子克隆。
这样得到的DNA克隆可以应用于生物学研究的很多方面，包括对特异DNA的碱基顺序的分析和处理，以及生物技术工业中有价值蛋白质的大量生产等等。
3 生物个体的克隆
3．1 细胞分化问题 高等生物的发育是一个奇妙的过程。其中的一个重要方面是细胞的分化现象。受精卵细胞分裂的初期产生的后代细胞之间没有太大的差异。随着发育过程的进行，分裂产生的后代细胞之间逐渐出现差异，到发育成熟时，不同细胞(如神经细胞和肝脏细胞)的形状和功能千差万别。早期的一个假说认为细胞分化是细胞核中的遗传物质DNA不断丢失的结果。在分子生物学家对分化产生的不同细胞DNA进行分析之前，植物细胞的体外培养实验和动物细胞的细胞核移植实验已经将该假说推翻了！
3．2 植物细胞的全能性 在本世纪50年代，植物学家用胡萝卜为模型材料，研究了分化的植物细胞中遗传物质是否丢失问题。他们惊奇地发现，从一个单一已经高度分化的胡萝卜细胞可以发育形成一棵完整的植株！由此，他们认为植物细胞具有全能性。从一棵胡萝卜中的两个以上体细胞发育而成的胡萝卜群体的遗传背景完全一样，故为一个克隆。如此的植物克隆过程是一个完全的无性繁殖过程！动物细胞是否也具有类似的“全能性”呢？现在还没有任何成功的报道。但用动物细胞进行的细胞核移植实验也同样表明，动物细胞在分化过程中，在大部分情况下并没有遗传物质的丢失和不可逆改变。
3．3 用动物细胞进行的细胞核移植实验 1952年，2位美国科学家(罗伯特·布里格斯和托马斯·金)试图在显微镜下将一个发育到后期的豹蛙胚胎细胞的细胞核取出，然后植入到一个已去除细胞核的豹蛙卵细胞中，但遗憾的是，这个经处理的卵细胞并未发育成功。
1964年英国科学家格登小心地重复了以上实验，这次他用从发育到蝌蚪期的非洲蟾蜍的肠道或皮肤的上皮细胞中取出细胞核，移植到细胞核被紫外线破坏或被在显微镜下用微细玻璃管吸出的未受精卵细胞中。在有的情况下，卵细胞停止分裂；而另一些情况下，出现了不正常胚胎，只有大约1％～2％经过细胞核移植的卵细胞可以发育到蝌蚪期。但是这些蝌蚪中极少数能够发育到成体。这些实验结果表明，至少部分蝌蚪上皮细胞的细胞核是具有全能性的。
在随后的几十年时间内，胚胎学家利用不同的动物(包括牛、羊、鼠等)进行了类似的细胞核移植实验，但都只有用早期的胚胎细胞中的细胞核才可能得到发育到出生的个体。直到1997年，英国胚胎学家维尔穆特报道了将高度分化了的羊乳腺细胞的细胞核移植到去除了细胞核的卵母细胞(还未成熟的卵细胞)中，并得到了一只存活的小羊“多莉”。一年以后，另一组科学家报道了将小鼠卵丘细胞(围绕在卵母细胞外周的高度分化细胞)的细胞核移植到去除了细胞核的卵母细胞中后，得到了20多只发育完全的小鼠。如果多莉因为只有一只，还不够叫做克隆羊的话，这些小鼠就是名副其实的克隆鼠了。下面以小鼠为例简单说明一下通过细胞核移植克隆哺乳动物的基本过程(图2)。
3．4 通过细胞核移植克隆小鼠的基本过程 在本实验中，卵丘细胞是经如下过程得到的：通过连续几次注射绒毛膜促性腺激素，使雌鼠诱导成高产卵状态。然后从雌鼠输卵管中收集卵丘细胞与卵母细胞的复合体。经透明质酸处理使卵丘细胞散开。选择直径为10～ 12μm的卵丘细胞用作细胞核供体(前期实验表明，若用直径更小或更大的卵丘细胞的细胞核，经过细胞核移植的卵母细胞很少发育到超过8细胞期)。所选择的卵丘细胞保持在一定的溶液环境中，在3h内进行细胞核移植(与此不同的是，在获得“多莉”时，用作细胞核供体的乳腺细胞先在培养液中传代了3～6次)。
卵母细胞(一般处于减数分裂中期Ⅱ)通过与上面描述类似的方法，从不同种的雌鼠中收集。在显微镜下小心地用一直径大约7μm的细管取出卵母细胞的细胞核，尽量不取出细胞质。同样小心取出卵丘细胞的细胞核，也尽量去除所带的细胞质(通过使取出的细胞核在玻璃管中往复运动数次，以去除所带的少量细胞质)。在细胞核被取出后5min之内，直接注射到已经去除了细胞核的卵母细胞中。进行了细胞核移植的卵母细胞先放在一种特制的溶液中1～6h，然后加入二价锶离子(Sr2+)和细胞分裂抑素B。前者使卵母细胞激活，后者抑制极体的形成和染色体的排除。再取出处理过的卵母细胞，放在没有锶和细胞分裂抑素B的特制溶液中使细胞分裂形成胚胎。
不同阶段的胚胎(从2细胞期到胚泡期)被分别植入几天前与已经结扎雄鼠交配过的假孕母鼠的输卵管或子宫中发育。发育完全的胎儿鼠在大约19天后通过手术取出。
3．5 动物克隆的意义和展望 用分化的羊乳腺细胞或鼠卵丘细胞的细胞核进行的移植实验结果表明，哺乳动物已经高度分化的体细胞中遗传物质没有发生不可逆变化，在一定条件下(去核卵母细胞中)可以重新启动其发育程

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将一个生物细胞进行培养使其成为以完整个体

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