英國(guó)愛(ài)丁堡羅斯林（Roslin）研究所的威爾穆特（Wilmut）等人[1]，在1997年2月27日的英國(guó)《自然》雜志上發(fā)文宣布，用一只母羊的未受精卵細(xì)胞去核后，植入另一只母羊的乳腺細(xì)胞的核內(nèi)染色質(zhì)，克隆出了綿羊“多莉（Dolly）”。消息一出震驚世界，此后幾年的“克隆”熱潮幾乎席卷全球。我老家眾多的奶牛養(yǎng)殖戶也應(yīng)邀成為了克隆中國(guó)黃牛的代孕法人。

幾年的熱潮過(guò)后，質(zhì)疑之聲卻越來(lái)越高，多莉的創(chuàng)造者們至今也沒(méi)有獲得諾獎(jiǎng)。原因是其他人用未受精卵做的同類實(shí)驗(yàn)幾乎沒(méi)有真正成功的。其實(shí)，在那之前和之后的至今，人們成功地用受精卵去除核的內(nèi)容物，再以體細(xì)胞的內(nèi)容物替代而得到克隆動(dòng)物的例子已經(jīng)不少。那么，受精卵和未受精卵的核內(nèi)容物同樣都被體細(xì)胞的核內(nèi)容物替代，為什么受精卵就能克隆成功，而未受精卵就不能克隆出哺乳動(dòng)物？使用未受精卵克隆動(dòng)物失敗的原因究竟是什么？再者動(dòng)物和植物對(duì)克隆的區(qū)別在哪里？本文將根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料對(duì)此進(jìn)行理論分析。

一、缺少微管組織中心（MTOC）是未受精卵克隆失敗的主要原因

本文首先從理論上推測(cè)，在這些克隆實(shí)驗(yàn)中，受精卵與未受精卵的根本區(qū)別不在核內(nèi)，而在核外的胞漿中。2016年Coffman, V. C. 等人[2]已經(jīng)證明，有性生殖動(dòng)物的未受精的成熟卵細(xì)胞中，通常處于核外的中心體或微管組織中心（MTOC）是缺失的。受精時(shí)精子不但貢獻(xiàn)一個(gè)由單倍體構(gòu)成的精子原核，還為卵細(xì)胞的胞漿提供一個(gè)MTOC，精子進(jìn)入的地方成為受精卵（或胚胎）的后邊，以此受精卵建立極性。受精后MTOC很快復(fù)制并相互分開(kāi)而移動(dòng)到精子原核的兩邊。起初，它們之間的連線垂直于胚胎的長(zhǎng)軸。兩個(gè)MTOCs在分開(kāi)的同時(shí)開(kāi)始成核微管陣列，并定向和定位兩個(gè)原核。它們通過(guò)微管陣列先使兩個(gè)原核合并，而后移向胚胎中心。同時(shí)兩個(gè)MTOCs之間的連線逐漸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)最后與胚胎軸重合。微管陣列不斷生長(zhǎng)，在核包被消失后紡錘體形成，而后開(kāi)始細(xì)胞分裂。

根據(jù)眾多的實(shí)驗(yàn)資料和理論分析，我們認(rèn)為，使用未受精卵進(jìn)行動(dòng)物的體細(xì)胞克隆實(shí)驗(yàn)的失敗，一個(gè)主要的原因就是沒(méi)有給未受精卵的核外胞漿中植入MTOC。不同于本身就具有極性的植物細(xì)胞，動(dòng)物細(xì)胞開(kāi)始時(shí)往往極性不確定。每個(gè)MTOC或中心體的核心部件是一對(duì)中心粒。每個(gè)中心粒都是由9組3聯(lián)微管組成的圓環(huán)。比較大的、中心粒的這種特殊的完整晶形使它很難自然生成，它只能從上一代繼承，或由完美晶形的一對(duì)中心粒作晶種，再在特殊胞漿環(huán)境下復(fù)制而得。

通常動(dòng)物細(xì)胞的中心粒只在G1期和/或S期的有絲分裂過(guò)程中復(fù)制一次。此后由于中心體復(fù)合物蛋白的籠絡(luò)和掩蓋，中心粒失去了完美晶面的暴露，因此它只能透過(guò)籠絡(luò)的孔隙成核微管而不能再成核新的中心粒。不過(guò)在具有鞭毛的細(xì)菌等微生物的分裂時(shí)，中心粒可能被多次復(fù)制，多余的中心粒成為成核鞭毛的基體。

構(gòu)成紡錘體的微管不同于中心粒，它既可由微管組織中心成核，也能由已經(jīng)存在的短微管成核，并且這些短的微管還可以從上一代細(xì)胞繼承而來(lái)。

由以上分析可見(jiàn)，成熟的卵細(xì)胞因缺少M(fèi)TOC而停止繼續(xù)分裂，等待受精。成熟的精子因染色體的端粒被磨損至盡而停止分裂。當(dāng)受精時(shí)，精子不但提供了一半的DNA，還為卵細(xì)胞的胞漿提供了MTOC。MTOC能成核微管陣列建立紡錘體，幫助受精卵分裂。具有全長(zhǎng)端粒的卵子的DNA與端粒已經(jīng)磨損至盡的精子的同源DNA結(jié)合。這樣一長(zhǎng)一短的端粒的一對(duì)染色體，經(jīng)過(guò)端粒酶的作用將短的端粒補(bǔ)齊，一個(gè)新生命的遺傳信息的重新編程由此開(kāi)始。顯然，以動(dòng)物體細(xì)胞核代替未受精卵的細(xì)胞核的克隆，核外胞漿中仍缺少著MTOCs。而使用受精卵進(jìn)行的克隆，因?yàn)槭芫珪r(shí)已經(jīng)引入了MTOCs，所以實(shí)驗(yàn)很易成功。

如果用未受精卵進(jìn)行的克隆中，在核外胞漿中同時(shí)引入一對(duì)中心粒，似乎問(wèn)題就能解決。但應(yīng)該注意的是，中心粒的復(fù)制是有很嚴(yán)格的條件，比如必須是一對(duì)，且表面干凈，無(wú)附屬蛋白籠絡(luò)，兩個(gè)環(huán)形晶體的各晶面完好，另外還要有合適的胞漿環(huán)流等條件。只要這些條件掌握好了，我認(rèn)為使用未受精卵進(jìn)行的動(dòng)物體細(xì)胞的克隆是有希望的。

二、生殖細(xì)胞減數(shù)分裂的抑制及重新編程的控制機(jī)理

在卵細(xì)胞最后成熟期間的二次減數(shù)分裂過(guò)程中，中心粒與DNA的復(fù)制都成為缺失。不過(guò)兩者的因果關(guān)系還需要實(shí)驗(yàn)的確定。阻止成熟卵細(xì)胞在未受精前繼續(xù)分裂的因素，顯然是由中心粒構(gòu)成的MTOC的缺失，而不是受DNA分子中的端粒長(zhǎng)度控制。因此，我們推測(cè)成熟的卵細(xì)胞核中的單倍體的DNA分子的端粒應(yīng)該是足長(zhǎng)的。卵細(xì)胞在雌性個(gè)體的胚胎形成后的最早幾天或十幾天內(nèi)就已經(jīng)形成，此后一直到青春期卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂之前，都未發(fā)生分裂，因此，在其胚胎發(fā)育和個(gè)體成長(zhǎng)過(guò)程中各染色體的端粒肯定不會(huì)被磨損。

使成熟精子細(xì)胞停止分裂的機(jī)理可能與成熟卵細(xì)胞的機(jī)理不同。它很可能是端粒磨損機(jī)制。有人已經(jīng)用實(shí)驗(yàn)證實(shí)，精原（母）細(xì)胞在最后兩次的減數(shù)分裂，都是不對(duì)稱分裂。這種不對(duì)稱分裂也就是我們?cè)凇岸肆Ｄ�損，還是端粒纏繞阻礙了復(fù)制？”一文[3]中提出的“橫裂”。減數(shù)分裂之前的精細(xì)胞，23對(duì)染色體中只要有一對(duì)染色體的端粒已經(jīng)磨損至盡，通過(guò)細(xì)胞周期檢查站機(jī)制就能阻止細(xì)胞進(jìn)入S期。對(duì)于細(xì)胞周期檢查站運(yùn)作的分子機(jī)制將另文討論。另外推測(cè)，精母細(xì)胞由于端粒磨損，使其進(jìn)行有絲分裂的趨勢(shì)已經(jīng)大大削弱。通過(guò)一種接觸抑制機(jī)理就能暫停于減數(shù)分裂之前的狀態(tài)。青春期減數(shù)分裂后的成熟精細(xì)胞只要被排出，就能很快激活新的精母細(xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂程序。

三、植物的克隆為何那么簡(jiǎn)單

與動(dòng)物相比，植物的克隆就要簡(jiǎn)單的多�，F(xiàn)代技術(shù)，只要是植物身上的一部分活的細(xì)胞，幾乎都能培養(yǎng)成一棵植株。植物細(xì)胞的分裂不需要含中心粒的微管組織中心。因?yàn)橹参锛?xì)胞固有的極性和定向的胞漿流，及母細(xì)胞中殘存的微管片段，就能大致沿極性軸方向的皮層成核微管并形成紡錘體。植物的分化還比較低級(jí)，在大部分組織中都還保留了全能的干細(xì)胞。因此，通過(guò)比較簡(jiǎn)單的誘導(dǎo)，就能使不同器官中的干細(xì)胞分化出其它器管的分化細(xì)胞。

參考文獻(xiàn)

1、張建一 “克隆羊多利”是真？是假？ 中科院科學(xué)智慧火花：2016-03-11

2、Valerie C. Coffman, et. al. （2016）Stronger net posterior cortical forces and asymmetric microtubule arrays produce simultaneous centration and rotation of the pronuclear complex in the early Caenorhabditis elegans embryo. Mol. Biol. Cell，November 7, 2016 vol. 27 no. 22

3、王孝恩，端粒磨損，還是端粒纏繞阻礙了復(fù)制？中科院科學(xué)智慧火花：2016-06-28.