国内外胚胎工程研究进展与发展趋势

胚胎工程就是利用生物工程技术对动物胚胎进行人工操作，在科学研究中可以进行发育生物学、细胞生物学等基础学科方面的研究，在生产实践中可以提高家畜的生产、繁殖性能，生产制备转基因药用蛋白等。

一、国外研究进展

国际上，胚胎工程的规模化研究和迅速发展起始于二十世纪70年代，80-90年代部分胚胎工程技术逐渐完善并应用于生产。胚胎工程共包含以下几项技术：超数排卵技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术、体外受精技术、胚胎嵌合技术、转基因动物制备技术、胚胎体细胞核移植技术等。其中超数排卵技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术、体外受精技术等已经在生产中推广应用，并取得良好的社会与经济效益；胚胎嵌合技术、转基因动物制备技术、单性生殖技术已经取得成功，但将该技术应用于生产仍需进一步研究与完善；胚胎体细胞核移植技术近年来的发展很快并基本形成相对独立的学科分支。

家畜体外受精技术于上世纪80年代初期取得成功，80年代末期趋于成熟。但由于单纯用该技术生产的胚胎遗传背景不完全清楚，故未被市场接受。到90年代中期，牛的活体采卵技术出现，90年代末期技术达到成熟，并与体外受精技术结合，用于生产已知遗传背景的良种牛胚胎。

胚胎工程技术最新进展主要在动物克隆技术、胚胎干细胞技术等方面。细胞核移植技术首先由德国著名实验胚胎学家Speman提出，首先在两栖类(Briggs和King,1952)获得成功，在哺乳动物上经历了胚胎细胞核移植、体细胞核移植及异种动物核移植的历史发展过程，并尝试用核移植重组胚胎分离克隆胚胎干细胞。迄今为止，胚胎细胞和胎儿成纤维细胞、乳腺细胞、卵丘／颗粒细胞、输卵管／子宫上皮细胞、肌肉细胞和耳部皮肤细胞等体细胞核移植后代成功诞生。绵羊（Willmut等，1997）、小鼠（1998）、牛（1998）、山羊（1999）、猪（2000）、家兔（2001）、家猫（2002）、马（2003年、骡子（2003）、鹿（2003）和大鼠（2003）等动物体细胞克隆已经获得成功；东方盘羊（2001）、印度野牛（2001年、爪哇野牛（2003）和骡子（2003）等异种克隆获得成功。2004年，美国科学家成功地获得了经过基因修饰后的完全由卵母细胞来源的单性生殖小鼠。克隆技术与干细胞技术结合形成的治疗性克隆技术亦受到重视，并取得很大进展，2003年，美国科学家由小鼠克隆胚胎成功分离得到小鼠胚胎干细胞，2004年，韩国与美国科学家合作利用人类体细胞克隆胚胎成功分离得到人类胚胎干细胞。作为核供体的细胞可以是胚胎细胞，也可以是ES细胞或ES样细胞、胎儿成纤维细胞、未分化的原生殖细胞或高度分化的成年动物体细胞。ES细胞和转基因技术相结合，体外筛选整合有外源基因的ES细胞进行核移植，可以极大地提高制作转基因动物的总效率。ES细胞还可以与性别控制技术结合起来，从而生产出一定性别比例的动物种群。

二、我国研究进展

我国的胚胎工程研究开始于二十世纪70年代末期，但进展很快。目前胚胎工程技术中超数排卵技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术等已经在生产中大面积推广应用，创造了极大的社会和经济效益。本研究室为国内最早进行胚胎工程研究的实验室之一，1980年在国内最早获得山羊胚胎移植的成功。牛，羊胚胎移植、胚胎冷冻保存和胚胎分割技术已规模化应用于生产，取得了明显的社会和经济效益。

我国牛的活体采卵技术于90年代后期开始研究，家畜体外受精技术于上世纪80年代末期取得成功，90年代中期成熟。其中内蒙古大学、广西大学、西北农林科技大学等单位在家畜体外受精的研究方面一直走在全国前列。张涌等采用活体采卵和体外受精技术生产已知遗传背景和已知性别的体外良种奶牛胚胎200多枚，移植后，有66头牛妊娠。

国内克隆动物研究开始与二十世纪80年代，先后获得绵羊、山羊、牛等动物的胚胎分割移植后代。二十世纪90年代以后主要集中于研究核移植克隆动物的研究工作，项目建设单位在该领域研究中处于国内领先水平及国际先进水平，先后获得胚胎细胞核移植山羊(张涌，1990)、胚胎细胞核移植家兔(唐铁山，窦忠英，1994)、胚胎细胞核移植猪(窦忠英，雷安民等，1994)、体细胞克隆山羊（张涌，2000）后代，并获得成功体细胞克隆牛妊娠受体，获得大熊猫-山羊、牛-山羊、人-牛、人-猪、牛-山羊异种细胞核移植囊胚。陈大元（2002年）在异种克隆大熊猫研究中获得突破性进展，得到了异种克隆大熊猫胚胎在家猫体内形成的胎儿。2002年，由中国科学院北京动物所主持的体细胞克隆牛在山东曹县降生。

从目前的总体情况来看，上述研究领域我们的研究水平与国外的单项技术水平相比较与我们相当。在技术整体集成方面，我们与发达国家同时起步。如果国家在政策上和资金上给予更大力度的支持，我们完全有能力率先将上述技术综合应用到畜牧业生产，为实现我国畜牧业的跨越式发展作出贡献。

目前，我国在转基因生物反应器研究方面尚未见有商业价值成功的报道。一般停留在转基因小鼠和转基因兔等水平，转基因羊的研究还处于摸索阶段。在基础研究方面，扬州大学农学院陈国祥等克隆了绵羊的BLG基因组DNA，上海市农业科学院畜牧所王建荣克隆了奶山羊的BLG基因及侧翼顺序，为进一步研究药用蛋白在乳腺中的高表达奠定了基础。近期，扬州大学农学院与中国农科院畜牧所合作研制出了EPO转基因山羊，还建立了乳腺特异性表达载体构建检测系统，能够对所构建的载体优劣迅速作出判断。此外，复旦大学、军事医学科学院、中国农业大学、上海市儿童医院、上海医学研究所和中国人民解放军畜牧业大学等也开展了这方面的研究。目前，国家“863”计划已将乳腺生物反应器的研究作为重大项目进行资助，不少地方和企业也纷纷投资，估计在几年内，我国生物反应器的开发会迈上一个新台阶，并创造出可观的经济效益。

三、胚胎工程发展趋势和应用前景

胚胎工程技术的发展趋势可以分为生产应用和基础研究两个方面。常规的胚胎工程技术如超数排卵技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术等将继续应用于生产，并且推广的范围将进一步扩大，这些技术将在我国畜牧业发展中发挥重要作用；体外受精技术和动物克隆技术是近年来的研究热点，活体采卵技术与体外受精技术结合将极大的开发优良母畜的生产繁殖潜能，可以成倍提高家畜的生产性能，这两项技术有望在近期应用于生产。

目前家畜胚胎生产有两种途径：一是采用超数排卵和非手术取胚的途径获得体内胚胎，这是目前世界上生产良种牛胚胎的主要途径。采用该途径，个体家畜每年提供的胚胎极为有限。因此，要获得大量体内胚胎，必须饲养大量的良种家畜。二是用活体采卵和体外受精技术生产体外胚胎，现在，美国、加拿大和澳大利亚等国，用从屠宰场获得的母牛卵巢采集卵母细胞，经体外受精生产体外胚胎，并试图向发展中国家出售，但由于胚胎的遗传背景不全（母系背景不能够确定），发育胚胎冻存移植后受体妊娠率低而受到抵制。现在，上述国家的许多实验室与奶牛场合作，正在开发将胚胎体外生产的3项关键技术即活体采卵和体外受精技术、胚胎克隆技术、胚胎性别鉴定技术进行集成，用于大批量生产奶牛和肉牛胚胎。

动物体细胞克隆技术目前除个别动物以外，仍然处于研究阶段。动物克隆技术存在的主要问题是成功率低，克隆后代畸形、围产期死亡率高等。动物异种克隆技术仍将处于研究阶段，并主要用于基础理论的研究。在畜牧业生产中，利用体细胞核移植技术可获得优良个体的复制品，从而扩大优良畜种个体的数量，提高生产水平。美国华裔科学家杨向忠领导的课题组从一头13岁高龄母牛耳部取得细胞，最后成功获得核移植后代。这一结果证实，利用体细胞核移植技术来拯救由于老龄而绝育高产母牛的有价值畜种是可行的。另外，利用体细胞核移植技术还可以扩大稀有动物的数量。体细胞核移植技术也为保护和拯救濒危动物开辟了一条新途径。新西兰的科学家们利用这种技术已成功克隆了当地一头濒临灭绝的土种牛。更有意义的是，我国科学家提出利用异种核移植技术来克隆大熊猫，这些事例均显示出核移植技术在保存和传播动物物种资源上必将发挥出巨大作用。细胞核移植技术可用于进行转基因动物生产及作为辅助生殖手段，使不孕不育患者得到自己的后代。体细胞核移植技术还可以为研究配子和胚胎发生、细胞和组织分化、基因表达调控以及核质互作等机理提供工具。体细胞核移植技术的成功及其应用前景无疑是激动人心的，但是这一技术本身还很不完善，除了成功率低以外，尚存在畸胎、死胎、难产及晚产等一系列问题。因此，今后仍然需要完善体细胞核移植的各个技术环节，并加强相关基础理论研究，使体细胞核移植技术真正成为一种能够用于生产、医疗和试验研究的有效手段。

以上胚胎工程技术应用前景十分广阔，在畜牧业生产中，可以加快优良家畜的繁育速度，极大的挖掘优良家畜的繁殖潜力，同时在动物遗传资源保存、濒危动物保护等方面具有不可替代重要作用。同时动物胚胎工程技术的进展将为人类医学研究领域相关技术的发展提供参考，动物转基因技术的发展使利用动物生产人类医用的活性蛋白成为可能，利用转基因动物生产药用蛋白将成为胚胎工程的重要的内容。

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