人造一卵性双胞胎或多胞胎

1.7　人造一卵性双胞胎或多胞胎

由动物的一个早期胚胎分成两个或多部分，这些部分都能发育成两个或多个完整的动物，这称为一卵性双胞胎或多胞胎。一卵双胎或多胎现象在自然情况下是极为罕见的。在哺乳类中只有人、牛和犰狳能自然产生一卵性双胞胎或多胞胎。人和牛的一卵性双胞胎的自然发生率很低，每千次出生中只有几次。犰狳是一种生活在南美洲亚马逊密林中的小型哺乳动物，它是世界上最后幸存下来的一种啮齿类动物，也是目前能够培育麻风病菌苗的唯一的动物。有一种犰狳每次总是产一卵性四胞胎，而另一种每次则产一卵性八胞胎。

如果能够人造一卵性多胞胎，生产遗传上完全相同的小群无性繁殖系供做试验是有益的，尤其如能人造贵重、稀缺或优良品种的动物的一卵性多胞胎，则更有经济意义。因此，人造一卵性多胞胎是人们向往已久的事情。

动物细胞与植物细胞有很大的区别。植物的每个细胞（包括已经分化的细胞）都能发育成一棵植株，这种特性称为发育的全能性。动物的体细胞没有全能性，即一个细胞不能发育成一个动物。这给生产一卵性多胞胎带来了很大限制。但是动物的受精卵，包括某些能进行孤雌生殖的动物的卵细胞则是全能细胞，可以发育成完整的动物。上述自然产生的一卵性双胞胎或多胞胎现象，说明处于某些发育阶段的早期胚胎的单个卵裂细胞也能长成完整的动物。那么，早期胚胎在什么发育阶段，从它分离出来的单个卵裂细胞仍能保持全能性，因而能发育成完整的动物呢？

人造一卵性双胞胎的试验最初是由Spemann（1903）在蝾螈（一种两栖类动物）胚胎上作的。它用一根头发结扎蝾螈的2-细胞，结果每个卵裂细胞都发育成一个完整的胚胎。这说明蝾螈2-细胞期胚胎的每个卵裂细胞都有全能性。在哺乳动物上类似的试验最早是由Seidel（1952年）用兔胚进行的。它将2-细胞兔胚在显微镜下用针刺或紫外线照射杀死其中的一个卵裂细胞，然后将剩下的另一个成活的卵裂细胞兔胚在体外培养到一定发育阶段后，移植到受体母兔，结果生出来小兔。这个试验证明，兔胚2-细胞期的每个卵裂细胞都有全能性。以后，Tarkowski（1959）、Tarkowski与Wrobewska（1967）、Moor等（1968）以及Kelly（1975）用显微外科手术分别从小鼠、兔不同发育阶段的早期胚胎分离出单个卵裂细胞，经培养和移植后，都生出了幼仔。这些试验证明，哺乳动物的2-细胞期、4-细胞期和8-细胞期的每个卵裂细胞都有全能性，并能发育成完整的动物。

人造哺乳动物一卵性双胎或多胎就是以上述早期胚胎（至少在8-细胞期以前）的每个卵裂细胞具有巨大的再生能力和发育的全能性为基础的。联邦德国的Moustafa和Hahn（1978）把8倍体或6倍体细胞期的小鼠胚胎，用显微手术分割成两个细胞数大抵相等的部分，称为“1/2胚”或“半胚”，这些半胚在体外培养72小时后，半胚发育至胚泡，当把培养24～30小时后发育至桑椹期的40对半胚移植给受体小鼠后，有16对（40％）存活，第一次生出了发育正常的一卵性双胎小鼠。此后，英国的Willadsen（1979）和联邦德国的Meineske-Tillmann等（1979）在绵羊，Willadsen等（1981）、Williams等（1982）、Ozil等（1982）、Berm等（1983）以及日本学者（1984）在牛用显微分割胚胎的方法产生一卵性双胎相继取得成功。1984年英国的Allen和Pashen将19个2～8-细胞期马胚用显微手术分割法，制备出27个“1/2胚”和17个“1/4胚”（由一个胚胎四等分后形成的胚胎），经培养后，有13个“1/2胚”和17个“1/4胚”分别移植到30匹受体母马，结果各有5匹受体妊娠，最后诞生了3匹“1/2胚”发育的马驹（分别来自3个不同的胚胎，故不算一卵性双胎）和4匹由“1/4胚”长成的马驹（它们分别来自两组“1/4胚”，故为一卵性双胞胎）。1984年英国和美国分别把牛胚分割成四等分，然后将每个“1/4胚”移植到一头受体牛，结果英国获得了一卵性三头牛犊，美国获得一卵性二头牛犊。在我国胚胎分割移植成功的有小鼠（1986年，西北农大）、奶牛（1987年，中科院遗传所、四川凤凰山乳牛场）、山羊（1987年，西北农大）、绵羊（1987年，中农院畜牧所）、兔（1990年，西北大学、中科院发育所）。这些研究结果为人造一卵性双胞胎或多胞胎迈出了可喜的一步。

人造一卵性双胞胎或多胞胎的成功，对家畜繁殖和理论研究都有重要意义。首先，这一技术为迅速增加优良家畜的数量提供了又一种有效的方法；其次，利用这种技术，人们可以生产遗传性完全相同的小群无性繁殖系，为研究诸如家畜营养的比较试验、家畜的遗传实验以及环境因素与遗传性相互作用等问题提供了最理想的材料。