非洲爪蟾的胚胎细胞

疑难问题：非洲爪蟾细胞的胚胎细胞分裂细胞周期情况怎么样？在生物学有研究中有哪些重要作用？

非洲爪蟾（Xenopus laevis）又名光滑爪蟾，负子蟾科。是南非的一种水生青蛙，是一种重要的模式生物。它们可以长达12厘米，头部及身体扁平，没有外耳或舌头。其后脚上有3趾短爪，可能是用来挖泥来躲避掠食者。由于没有舌头只能利用其前肢搅食水中的脊椎动物 。

一、胚胎发育方面研究

它们约需1－2年的时间才达至性成熟，且是有四套染色体的，它是异源四倍体。它们的胚胎很大及容易处理，故在胚胎学研究中，非洲爪蟾是主要的两栖类动物模型，如显微注射、胚胎切割和移植等。

二、克隆动物方面的研究

1997年，克隆羊多利的诞生轰动了世界，它是世界上第一个克隆的哺乳动物。实际上，克隆动物最早是在非洲爪蟾中获得成功的。1962年，英国牛津大学的生物学家戈登利用非洲爪蟾进行了一系列的核移植试验，当时的主要目的是研究不同发育时期胚胎细胞核的发育能力。他先用紫外线照射爪蟾卵细胞，破坏其细胞核，然后取爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞、肝细胞、肾细胞等的细胞核，植入上述处理过的卵细胞内，其中一少部分卵会开始分裂并可发育至一定时期。利用蝌蚪小肠上皮细胞作为核供体，通过连续核移植的办法，戈登成功获得少量蝌蚪，其中有几只成功发育成为成体爪蟾。这可能是世界上最早的克隆动物。这一结果轰动了科学界，充分证明了细胞核的全能性，也开创了动物克隆的时代。

三、基因表达方面研究

非洲爪蟾及其他爪蟾属的卵母细胞是分子生物学的重要表达系统。只要将DNA或mRNA注入卵母细胞或发育中的胚胎，科学家就可以在对照下研究蛋白质。这可以让操控的DNA（或mRNA）有频密的表达，并轻易的纪录卵母细胞。比如，应用非洲爪蟾卵母细胞表达外源离子通道或其他受体基因是离子通道或受体结构和功能研究中的一种重要方法，在研究离子通道及神经递质受体的结构、功能及药理作用方面都发挥了重要作用。

四、细胞周期方面的研究

早在1972年，研究人员首先在豹蛙中发现，成熟卵母细胞中存在一种物质，把这种物质注射到未成熟卵母细胞中，会加速它进行减数分裂而成熟。因此他们把这种物质叫作“成熟促进因子”（MPF）。这一结果随后在非洲爪蟾中得以证实。

在非洲爪蟾的研究过程中，人们发现MPF不仅能促进卵母细胞的减数分裂，也可以促进正常体细胞的有丝分裂。更有趣的是，卵母细胞中MPF的活性会随着细胞周期而变化，它在卵母细胞进行减分裂前活性最高；而当卵母细胞分裂后，MPF的活性亦随之消失。

接下来，研究人员尝试从爪蟾的未受精卵中纯化MPF。但由于MPF的活性测试十分繁琐，它本身又极不稳定，这一工作进行得很不顺利。直到1988年，MPF才被纯化，发现它由两个蛋白组成，一个是周期素（一种随着细胞分裂过程而周期性表达的蛋白），另一个是一种周期素依赖性蛋白激酶。这是细胞周期调控研究中的一次重大突破，极大地推动了细胞周期的研究。21世纪初期，非洲爪蟾卵母细胞系统仍然是细胞周期研究的重要材料。

虽然非洲爪蟾作为动物模型有很多优点，但是它很难进行遗传学研究。这主要是由于其生命周期过长，同时，多数基因存在四个拷贝，很难进行遗传突变实验。