通常把提供细胞核的胚胎细胞称为核供体,接受细胞核的卵子称为核受体。
19世纪90年代,科学家就分别对海胆和文昌鱼分离卵裂球进行了胚胎克隆尝试;1938年,德国科学家提出“分化细胞的核移入卵子中经诱导能否发育成为胚胎”的构想,并对两栖类脊椎动物进行了克隆动物实验,但由于技术条件的限制,直到1952年才成功地在非洲豹蛙上获得了胚胎细胞核移植后代;1975年,最早在家兔上证实哺乳动物的胚胎细胞核移植是可行的;哺乳动物的胚胎细胞克隆技术在20世纪80年代得到迅速发展,科学家们相继在小鼠(1981)、绵羊(1986)、牛(1987)、猪(1988)和羊(1991)等哺乳动物上获得了成功。
胚胎细胞克隆的基本操作程序包括供体核(卵裂球)的准备、卵母细胞的去核、细胞核移植、重构卵的融合与激活、重构胚胎的培养与胚胎移植等。
胚胎细胞克隆的核供体来源于早期胚胎。大量研究表明,从2细胞期到内细胞团的胚胎细胞都具有发育全能性,均可作为供体细胞,但16~32细胞期胚胎较为常用。分离卵裂球的方法主要有两种:①蛋白酶消化透明带,然后用微管把胚胎分散为单个卵裂球,常用于家兔和绵羊;②用带尖的磨口吸管穿过透明带吸出胚胎中的卵裂球,常用于猪和牛。
与体细胞克隆一样,胚胎克隆的主要受体细胞是去核的MⅡ成熟卵母细胞。去核的方法有细管吸除法和紫外线照射法两种:细管吸除法是用微细玻璃管穿过透明带吸出第一极体及其下方的MⅡ期染色体,是最常用的去核方法;紫外线照射法是用紫外线破坏染色体DNA达到去核目的。
准备好核供体(卵裂球)后,用细管吸取一个卵裂球,借助显微操作仪将此卵裂球注入去核卵子的卵周隙中,完成注核过程。
融合方法主要有仙台病毒诱导融合和电融合两种。仙台病毒诱导融合效果不稳定,故常用电融合法。电融合法广泛应用于小鼠、家兔、牛、羊和猪等动物的细胞融合,具体操作是将重构卵(去核卵母细胞和卵裂球复合体)放入融合液中,在一定电脉冲强度下,使卵裂球胞膜与卵质膜发生穿孔,卵裂球逐渐融入卵子中。
在使用电融合进行融合的重构胚中,卵子可被激活但效率不高,一般采取增加脉冲次数、延长脉冲时间的措施,进一步提高激活效果。
胚胎细胞克隆重构胚的培养与普通体外胚胎培养体系基本相同,一般用于常规体外胚胎培养效果较好的体系均可用于重构胚的培养。
在克隆胚胎构建的同时,选择好的受体母牛进行同期发情处理,然后将体外培养的克隆胚胎移植到受体牛排卵侧子宫角,一头受体牛一般移植2~3枚优质胚胎,以提高受胎率。
胚胎细胞克隆与胚胎分割、卵裂球培养相比,大大提高了生产遗传同质动物的效率,且在研究动物个体发生发育过程中,胚胎细胞克隆技术也为探索细胞质与细胞核的相互作用以及胚胎细胞的分化规律方面提供了很好的研究手段。
与体细胞克隆一样,胚胎细胞克隆的成功率也比较低,影响其发展的主要因素包括:①胚胎克隆的核供体来源于早期胚胎,大部分动物的胚胎供体细胞来源于16~32时期的早期胚胎,而供体核数量的局限性,大大限制了胚胎克隆的发展和应用。②受体卵母细胞的质量对重构胚的发育能力有非常重要的影响,如何获得大量优质的卵子,对于单胎动物如牛、马等家畜来说,显得尤为重要。③用作核供体的细胞一般要求处于G1期,即DNA合成前期,而早期胚胎细胞大多数处于S期(DNA合成期),导致胚胎发育率降低,因此在注核前要对胚胎细胞进行同期化处理,使其处于G1期。④胚胎克隆技术对操作技术、熟练程度,以及环境和处理条件等要求较高,也限制了该技术的应用。
①可用于大量扩增遗传性状优良的个体,加速家畜品种改良和育种进程。②用于扩大濒危物种群体,进行濒危动物保护。③通过胚胎细胞克隆可获得大量遗传同质动物,为科学研究提供较好的实验材料。④可为阐明细胞核和细胞质相互作用关系,非细胞核遗传规律和早期胚胎的发育调控机理等问题提供良好的技术支撑。