近日,傲农集团在其、漳州现代猪场内,2头在116天移植了杜洛克公猪和槐猪体细胞克隆胚胎的怀孕母猪,分别顺利产下健康状况良好的3头杜洛克和2头上杭槐猪克隆仔猪。 无独有偶,此前南开大学赵新教授科研团队联合天津市农业科学院畜牧兽医研究所,就已经开始针对人工克隆技术存在的相关问题,对自动化操作克隆技术进行了研究。并于2022年3月31日,由一头普通的“代孕”母猪怀孕110天,诞下了7头克隆纯种小长白猪,成为世界首次自动化操作完成克隆全流程获得的克隆动物。该团队亦成为世界上唯一实现机器人操作及自动化操作克隆全流程的团队。
禽类克隆困难重重
自从1952年人类第一次克隆出北方豹蛙的蝌蚪以来,科学家们对此孜孜不倦,在之后的1963年,中国科学家就成功地克隆了亚洲鲤鱼。接下来的半个多世纪,克隆技术发展日新月异,克隆鼠、克隆牛、克隆猴、克隆猪、克隆猫、克隆兔、克隆狼、克隆骆驼等,也如雨后春笋般地纷纷问世。科学家甚至通过30多年前的基因成功地克隆出了濒临灭绝的克隆黑足鼬(Mustelanigripes,也称黑脚雪貂)。
然而,仔细看一下近年来克隆动物的名单,就会发这些动物全是哺乳动物,我们没有听说过“克隆鸡”“克隆鸭”“克隆鸽子”,到目前为止,还没有任何禽类被成功克隆。
在克隆羊多利诞生之后不久,美国科学家就成立了专门克隆鸟类的公司。在2001年美国密西西比州圣?路易市召开的全美育种家年会上,Avigenics公司的首席科学家林卓?克里斯特曼就报告了他雄心勃勃的克隆鸟类的计划。但是14年过去了,鸟类的克隆依旧没有成功。
究其原因在于,目前科学家常用的克隆技术被称为“体细胞核移植技术”,即把体细胞核移入去核卵母细胞中,使其发生再程序化并发育为新的胚胎,这个胚胎最终发育为动物个体。
用哺乳动物卵细胞进行细胞核交换非常容易,其卵细胞的直径约为人类毛发直径的1到3倍,是在显微镜下滑动的完美尺寸,科学家可较为容易地在显微镜下找到包含DNA的微小细胞核。但是在鸟类中,被称之为卵黄的卵细胞要大得多,包含鸟类所有DNA的细胞核就是卵黄中间的一个微小的白点,因而要发现漂浮在卵黄某处的微小细胞核也将极具挑战性,这一过程通常被科学家描述为“在牛奶池中寻找一块白色的石头”。
此外,卵子的另一个问题是,一旦卵黄离开卵巢,它总是在不断的移动中。在哺乳动物的典型克隆过程中,研究人员可以将胚胎插入代孕母亲的子宫中,让其生长。
然而鸟类没有这样的孵化室。在卵黄形成后,它就直接掉入一种叫做输卵管的东西中,从那里向下移动,并同时开始装配,首先是蛋清,然后是蛋壳膜。没有类似子宫的地方可以植入鸟类克隆胚胎。这就使得去除鸟卵细胞的细胞核几乎不可能。
为什么比鸟类低级的鱼和青蛙也是产卵,可以被克隆呢?这是因为鱼类和两栖类动物产的卵和鸟类产的蛋不同。鱼类和两栖类动物的卵比较原始,产在水里,在水中受精,也在水中孵化,所以这些卵没有鸡蛋那样有钙质的硬壳和“蛋清”,卵细胞也比较容易被操作。
与此同时,爬行类(包括已经灭绝的恐龙)和鸟类的蛋一样,同属于“羊膜卵”,外面有蛋壳,卵细胞由“羊膜”包裹,还有尿囊来收集代谢废物,这些特点都让鸟类的克隆变得极为困难。
“类克隆鸡”已成功问世
虽说困难重重,但是目前人们也已经开始尝试使用一种不同的基因技术,这项技术的重点不是创造一个完整的克隆体,而是改变生产雏鸟的种类。鸟类克隆的答案取决于那些最终要变成精子和卵细胞的被称为PGC的“原始生殖细胞”。
克隆哺乳动物需要将一个个体的DNA植入一个卵子,并产生一个后代,即供体的基因复制品。而通过PGC技术,其目标是创造一个生殖腺含有另一物种DNA的替代物。研究者将这些杂交动物称为嵌合体。
为了制造嵌合体,研究人员小心地将供体中的PGC植入正在发育的宿主胚胎中。然后,PGC会迁移到宿主胚胎的性腺。如果一切按计划进行,寄主将会长大至成年,并产生出含有捐赠者DNA的精子或卵子。
例如,一只作为宿主的家养公鸡,它可以产生带有草原松鸡(Tympanuchus cupido)DNA的精子。如果这只公鸡与一只雌性草原松鸡交配,那么这只母鸡就可以生产出纯种的草原松鸡,而不是松鸡和家鸡的杂交后代。这种方法的好处是,理论上,一个寄主父母可以在其一生中用供体的DNA产生许多后代,而不是通过克隆只能产生单个个体。而且,只要研究人员能够冷冻保存这些PGC,就可以保证带回DNA并重复使用。
2021年,扬州大学动物科学与技术学院教授李碧春和陈国宏研究团队成功将我国黑羽狼山鸡的体细胞逆转成原始生殖细胞,并移植到隐性白羽白洛克受体鸡(代孕鸡)体内,产出了来源于供体黑羽狼山鸡的后代。同时,该团队还建立了快速而有效的鸡皮肤组织冷冻保存的技术体系,且能从解冻复苏后的皮肤组织中获得细胞并将其诱导成为原始生殖细胞,为禽类动物种质资源长期保存提供技术支撑。