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什么是克隆?细胞克隆、分子克隆与转基因技术如何区分?

已有 327 次阅读 2026-2-13 16:32 |个人分类:读书笔记|系统分类:科研笔记

定义:“克隆”是什么?

克隆(Cloning)在生物学中是一个宽泛的方法类别,其共同本质是:产生遗传上完全一致的个体、细胞或DNA分子拷贝。

克隆”一词源自希腊语κλών(klōn,意为“细枝”),原指植物无性繁殖。今天它在生物学中涵盖三个完全不同的技术层面,分别对应个体、细胞、分子——这是所有混淆的根源。

克隆”的本质区别与操作边界

1. 细胞克隆(个体/细胞层级的克隆)

定义:通过细胞核移植(Somatic Cell Nuclear Transfer, SCNT),将一个细胞的核移入去核卵细胞中,使其发育成与核供体遗传一致的个体或胚胎。

核心操作:取出供体细胞核(胚胎细胞或体细胞)→移入去核卵母细胞→激活发育,移植代孕或体外培养。

产物:完整的生物个体(如多莉羊)或胚胎干细胞系。

技术特征:涉及完整的基因组转移、卵母细胞重编程、个体发育过程。

经典案例:1962年,戈登将非洲爪蟾体细胞核移植 → 成体蛙;1965/1980年,童第周将金鱼×鳑鲏、鲤×鲫异种核移植 → 成体鱼;1996年,威尔穆特将绵羊体细胞核移植 → 多莉羊。童第周1965-1980年的所有“核移植”工作均属此类。

2. 分子克隆(DNA/基因层级的克隆)

定义:将特定的DNA片段插入载体(如质粒、病毒),导入宿主细胞(通常为大肠杆菌)进行复制,获得大量遗传一致的DNA分子拷贝。

核心操作:用限制性内切酶切取目标DNA→与载体DNA连接→转化宿主细胞→筛选、扩增、提取。

产物:纯化的DNA片段、重组蛋白表达系统、基因工程载体。

技术特征:不涉及完整生物体,仅在分子层面复制DNA。这是分子生物学实验室的常规技术。

经典案例:1973年,科恩/博耶首例重组DNA实验;任何基因的PCR产物TA克隆;新冠mRNA疫苗的质粒构建。

注意:童第周从未从事此类工作。这是1970年代后才在西方兴起的分子生物学技术。

3. 转基因技术(基因修饰层级的操作)

定义:将外源DNA导入生物体的基因组,使其获得新的可遗传性状。可与克隆技术联用,但本质是基因修饰,而非“产生遗传一致拷贝”。

核心操作(多种路径):原核显微注射(小鼠、鱼类)→病毒载体转导→CRISPR/Cas9基因编辑→体细胞核移植+基因编辑(克隆与转基因的联用)。

产物:携带外源基因的转基因生物(如荧光鱼、抗虫棉、人源化抗体小鼠)。

技术特征:核心目的是引入新基因或修改原有基因,而非复制基因组。可与克隆联用(如先编辑体细胞、再核移植),但二者是独立的技术范畴。

经典案例:1982年,帕尔米特/布林斯特的超级小鼠(大鼠生长激素基因);朱作言的转基因鲤鱼“冠鲤”;其他如转基因抗虫棉花、转基因三文鱼。

童第周1973年的mRNA注射实验:这是最易混淆之处。童第周1973年与牛满江合作,将鲫鱼卵mRNA注入金鱼受精卵,获得尾鳍由双尾变单尾的变异鱼(“童鱼”)。这个实验不是细胞克隆(没有核移植),也不是现代意义上的转基因(没有DNA整合、没有稳定遗传品系)。它在技术谱系上属于外源核酸诱导的表型变异实验。

它在今天的学科分类中更接近“RNA注射”或“瞬时转染”,而非建立稳定转基因品系。童第周时代尚无“转基因”概念,他的实验是用当时的工具追问细胞质能否影响遗传表现——这是表观遗传学的先驱探索,不是转基因技术。

四者区分速查(最简可考版)

附表  细胞克隆、分子克隆、转基因技术、核算诱导的差异

技术类别

操作对象

核心操作

产物

代表性人物/时间

童第周是否从事

细胞克隆(个体克隆)

完整细胞核

核移植

遗传一致的个体或胚胎

戈登1962;童第周1965/1980;威尔穆特1996

(核心工作)

分子克隆(基因克隆)

DNA片段

切割→连接→转化→扩增

纯化DNA、蛋白表达载体

科恩/博耶1973

转基因技术

外源DNA/RNA

导入生殖系或基因组编辑

携带外源基因的可遗传生物

帕尔米特1982;CRISPR   2012

1973年mRNA注射属此范畴的先驱探索,但未建立稳定转基因品系

核酸诱导(童第周1973)

外源mRNA

显微注射入受精卵

表型变异的个体(未稳定遗传)

童第周/牛满江1973

(独立工作,非克隆非转基因)

为什么这个区分对理解童第周至关重要?

童第周的学术生涯恰好跨越了这些概念的诞生与分化过程

1963:他做的是细胞克隆——这是世界首例鱼类异种核移植,技术本质与戈登1962完全相同,区别在问题导向(戈登问“核是否全能”,童问“质如何影响核”)。

1973:他做的是外源核酸诱导——这是用RNA注射追问细胞质功能。它不是细胞克隆(无核移植),也不是现代转基因(无DNA整合证据,未建立稳定品系)。它是被时代的技术条件所限、用朴素工具探索表观遗传机制的先驱实验。

1980:他的遗作鲤鲫移核鱼——仍然是细胞克隆,只是物种组合不同(鲤核+鲫质),问题仍是“异种核质可配合性”。

童第周终其一生从未从事“分子克隆”,也从未从事现代意义上的“转基因”。他的两个主要学术贡献是:鱼类异种核移植技术体系的建立与核质关系问题的追问(细胞克隆);外源mRNA诱导性状变异的表观遗传学先驱实验(非克隆、非转基因)。

用今天的术语倒推历史,最容易遮蔽历史本身。把1973年“童鱼”称为“转基因鱼”,就像把列文虎克称为“微生物学家”——概念没有错,但遗忘了他们是在定义概念之前探索未知的人。

小结:一句话可验证的事实

那么,克隆 = 个体/细胞层级的遗传拷贝(核移植);分子克隆 = DNA层级的遗传拷贝(质粒扩增);转基因 = 基因层级的修饰与引入(生殖系整合)。

童第周的工作:细胞克隆——1965金鱼×鳑鲏、1980鲤×鲫(世界领先);分子克隆:从未涉及;转基因的先驱形式——1973 mRNA注射诱导表型变异——非稳定转基因,属表观遗传学先驱探索

戈登的工作:细胞克隆——1962非洲爪蟾体细胞核移植(世界首创,范式突破);未涉及分子克隆与转基因。

区分三者,才能看懂童第周在做什么、为什么他与戈登走的是两条路、以及为什么他在国际发育生物学史中的位置长期未被正确归类



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