从克隆到遗传修改：猫咪生殖技术如何改变繁育？

2001 – 2013 年，Sarah Hartwell

本文探讨了所谓的“生殖技术”的几个领域，以及它如何影响猫的繁育者和养猫者。这些优缺点同样适用于其他宠物。生殖技术包括克隆、人工授精、卵子捐赠、胚胎移植和体外受精（IVF）。此外，还涉及遗传修改，这是一种可在克隆过程中应用的进一步技术。本文基于作者的基础知识和理解，但并不声称是这些领域的专家。本文旨在帮助没有或几乎没有相关知识的养猫者或繁育者能够理解这些概念，同时包含了一些关于克隆在猫科动物之外的广泛问题的讨论。

基础定义

克隆：从宿主（遗传父母）身上提取细胞，利用该细胞在代孕母猫体内发育成小猫的过程。
人工授精：使用储存的精子从未绝育的公猫采集精子，并将其用于母猫的受孕。
卵子捐赠：从一只母猫采集新排卵、未受精的卵子，进行体外受精（即“试管受精”），并将受精卵植入无法排卵的代孕母猫体内。
胚胎移植：将一个胚胎或已受精的卵子（已经开始分裂和发育）植入代孕母猫体内。该胚胎（或构成胚胎的卵子和精子）可能在植入代孕母猫之前被液氮冷冻储存了一段时间。
IVF：体外受精，通常称为“试管受精”。
卵子（Ova）：即卵细胞。

一些基础知识

以下内容是对 Matt Ridley 的优秀著作《基因组》（Genome）中信息的极大简化，并针对养猫者进行了调整。您可以跳过此部分，但它有助于理解细胞分裂以及克隆技术中仍然存在的问题。

猫的身体细胞会不断分裂和替代自身。细胞在生长过程中繁殖，形成更多的组织和骨骼，使小猫在成长和成熟过程中发育。当猫完全长成后，细胞仍会继续自我复制。细胞老化并死亡，然后由从旧细胞复制的新细胞替代。但随着猫变老，细胞在自我复制时效率降低，出现错误。这有点像抄写员手工抄写书籍——有时会出现拼写错误，而抄写员在抄写新手稿时也会复制这些错误，甚至可能加入更多错误。当错误累积时，宿主身体（即细胞所居住的猫）就会出现衰老迹象。

细胞如何知道它分裂了多少次呢？基因（DNA片段）以染色体的形式存储在细胞核中。DNA就像字母表；基因相当于单词，而染色体则像句子。在每条染色体的末端有一个端粒（telomere）——它们就像由句号组成的字符串。在年轻的小猫中，端粒相对较长，每个端粒中都有许多“句号”。每次细胞分裂，端粒都会变短，末尾会丢失一个“句号”。这是衰老过程的一部分，也似乎是动物变老的原因之一。端粒还像一个时钟，告诉染色体细胞猫的年龄。

实际上，从猫身上提取的细胞知道自己有多老。例如，一只小猫可能由一只10岁猫的细胞克隆而来。尽管小猫是新生的，但它体内的所有细胞“认为”它们已经10岁了。很可能，克隆的小猫会比正常繁殖的小猫更快衰老。这似乎是“早衰”，但并非如此，因为这些细胞本身比宿主身体更老，而年老的细胞自我复制效率更低。科学家在克隆羊“多莉”（Dolly）身上已经观察到了这种现象——当多莉三岁时，她体内的细胞已经是六岁了，因为这些细胞在她的“母体”中已经老化了三年，然后才被转移到克隆体上（多莉的“母体”实际年龄我已忘记，但希望您能理解这个概念）。

克隆羊“多莉”于2003年2月因一种渐进性肺病去世，享年六岁。正常情况下，羊的寿命为11至12岁，而这种疾病通常与老年羊有关（尤其是室内圈养的羊）。这表明由成年动物细胞克隆的个体继承了“已老化”的细胞（一个类比是：将陈年老酒倒入新瓶中，它依旧是老酒，不会变成年轻的酒；只有容器是新的）。

目前，解决克隆体“早衰”问题的唯一方法是使用非常年轻的动物进行克隆，或者取一个已经开始分裂的受精卵，将其分裂成多个部分（类似自然界中形成同卵双胞胎或三胞胎的方式）。

虽然早衰是常见规律，但在某些牛的克隆实验中，端粒不仅被重置，还比正常情况更长。这些克隆体的寿命可能比供体更长。目前尚不清楚为什么这些克隆体（牛犊）会成为例外。

年龄：时间与生物学的差异

时间年龄（Chronological Age）
时间年龄是从出生日期到当前日期的时间。对于正常受孕的动物，时间年龄就是我们通常所说的“年龄”——我们已经存在的年份或庆祝的生日数。
生物年龄（Biological Age）
生物年龄是细胞的年龄（如上所述）。对于正常受孕的动物，生物年龄等同于时间年龄。但对于克隆动物，生物年龄是克隆体的时间年龄加上供体细胞被提取时的时间年龄（不包括细胞冷冻储存的时间）。例如，如果供体动物在提取细胞时是5岁，那么克隆体的生物年龄是其时间年龄加上5岁。

克隆的主要问题是细胞的老化。目前，解决这一问题的研究重点在于如何“重置”细胞内部的时钟。一种称为“染色质转移”（chromatin transfer）的新方法被认为比现有的“核转移”（nuclear transfer）方法更有可能成功防止早衰。

第一只克隆猫

2002年2月14日，德克萨斯州的克隆科学家公开宣布了世界上第一只“复制猫”（Copy Cat）——一只名为 Cc 的克隆小猫。Cc（被媒体昵称为“Copycat”或“Identicat”）是用一只成年玳瑁猫的细胞克隆而成的。这种克隆技术被称为“核转移”，与制造克隆羊多莉（Dolly）的技术相同。据称，这次是首次成功克隆出家猫，而此前克隆狗的尝试均以失败告终。

德克萨斯农工大学兽医学院的 Mark Westhusin 和他的同事从一只成年猫的卵巢中提取了一个细胞，并将其与去掉细胞核的卵子结合。成年细胞的遗传物质被转移到卵子中，形成了一个胚胎，并被植入一只代孕母猫体内。在188次胚胎制作尝试中，共创造了87个克隆胚胎，并将其移植到8只代孕母猫体内。然而，仅两次移植成功怀孕，其中只有一次妊娠成功。

Cc 于2001年12月22日通过剖腹产出生。据报道，她在出生时活力十足，表现完全正常。尽管是克隆猫，但 Cc 的毛色图案与供体猫不同，因为多色猫的毛色图案不仅由基因决定，还受到猫在发育过程中基因的开关控制的影响。尽管细胞可能是相同的，但有些细胞会激活“黑色”基因，而其他细胞会激活“橙色”基因。

虽然报道中将 Copycat 描述为玳瑁猫，但媒体发布的照片却清晰地显示她是一只虎斑加白猫，而非玳瑁猫（黑色和橙色的混合毛色）。这表明科学家（或者更可能是记者）在改进克隆技术的同时，仍需更多地了解猫的基本知识！供体猫是一只名为 Rainbow 的虎斑玳瑁加白猫。Cc 的性格与其遗传母亲截然不同。性格部分由基因决定，部分由环境影响，包括子宫内环境和猫的一生经历。

尽管这是克隆技术的一大进步，但失败率仍然极高——87次尝试中仅成功克隆出一只小猫，并且这只小猫并非自然分娩。此外，还有其他 DNA 存在，因为仅细胞核被转移到卵子中，而细胞的其他部分（线粒体）并非来自克隆供体细胞，而是来自卵细胞。

Cc 的克隆来自一种称为“卵丘细胞”的卵巢细胞，这种细胞围绕在正在发育的卵子周围，因此仅存在于雌性动物体内。其他被植入的胚胎来源于皮肤细胞。Cc 的出生可能表明科学家已经找到了一种可靠的方法来生产雌性猫的克隆体。在小鼠中，科学家利用睾丸中的 Sertoli 细胞成功创造了雄性克隆体，这种方法可能也适用于猫。

在 Cc 出生的同一天，美国有6,000只流浪猫和小猫被安乐死。

克隆的局限性 1 – 遗传缺陷与性别

克隆体将与遗传父本（组织供体）完全相同。它将拥有与供体相同的性别，并继承供体中存在的所有遗传缺陷或突变。虽然遗传学研究正在进步，未来有可能通过剔除单个细胞中的遗传缺陷并插入健康基因（例如通过病毒载体将健康基因引入细胞）来解决这一问题，但目前，克隆体的健康状况将与组织供体一样健康或不健康。

克隆技术依赖于这样的事实：所有细胞都包含构建整个身体的指令。例如，在其 DNA 中，皮肤细胞包含制造眼睛的指令。在正常情况下，皮肤细胞不会制造眼睛，因此，即使“制造眼睛”基因的副本出了问题（例如受到阳光或化学物质的损害），这也不是灾难性的，因为皮肤细胞只会制造皮肤细胞（这些皮肤细胞会继承受损的“制造眼睛”基因），而不会制造眼睛。然而，如果该皮肤细胞被用来制作克隆体，那么克隆体将继承受损的“制造眼睛”基因。在胚胎的形成过程中，眼睛的发育可能会出现问题。

在正常情况下，胚胎从每位父母处继承一套基因，如果某些基因受损或有缺陷，它还可以依赖“备份”副本。只有在两套基因均有缺陷的情况下，问题才会变得严重。而在克隆体中，没有基因的备份副本。供体细胞的局部损伤会传递给克隆体。供体年龄越大，细胞受损的可能性就越高。虽然这些损伤在供体细胞中可能是不可见的，但在克隆体中可能会带来灾难性的后果。这可能是为什么许多克隆尝试会产生有缺陷胚胎的原因——这些胚胎是用 DNA 损伤的细胞制作的。当细胞试图执行一些在正常功能（如生成皮肤）中不会运行的指令时，损伤就会显现。

克隆体将与原始供体在事故、疾病或手术发生之前的状态相同。如果原始供体已经绝育，克隆体将是未绝育的，因为“后天获得的特征”（动物一生中经历的事情）无法遗传。唯一的例外是由细胞毒素或辐射引起的细胞突变；如果克隆是用受辐射损伤的细胞制成的，它也会受到同样的损伤，因为 DNA 本身已经损坏。

当美国一匹非常成功的赛马“雪茄”（Cigar）被用于繁育后代时，人们发现它是无生育能力的。曾有讨论提议克隆“雪茄”。然而，如果“雪茄”的不育是由于遗传缺陷，那么它的克隆体也将是不育的。如果它的不育是由疾病或受伤引起的，那么克隆体应该具有生育能力。

克隆体的性别将与组织供体相同。目前还没有办法改变克隆体的性别。决定性别的染色体是性染色体。雌性有两条“X”染色体（XX），而雄性有一条“X”和一条“Y”染色体（XY）。少数个体可能有多个性染色体或仅有一条性染色体，但这些情况超出了本文的讨论范围。

科学家曾考虑从雄性细胞中创造雌性克隆体，通过移除 Y 染色体并以某种方式复制 X 染色体。这在理论上可行，但在实践中可能行不通，因为性染色体上的某些基因必须从父亲那里遗传，后代才能正常。这些问题非常复杂，Matt Ridley 的《基因组》（Genome）对此进行了详细探讨。

在人类中，如果基因从“错误的父母”那里遗传，会出现各种问题。如果两个卵子（这些卵子总是含有 X 染色体）融合形成一个没有任何雄性父母基因的 XX 胚胎，这种情况在自然界中偶尔会发生。此外，目前还没有将 X 染色体转换为 Y 染色体的技术，因此无法从雌性组织供体中得到雄性克隆体。

克隆的局限性 2 – 毛色和花纹

对玳瑁猫和三花猫的主人来说，这里有一个坏消息。

DNA测试已经证实，Cc 是她遗传母亲的克隆体。然而，她的毛色和花纹却与母猫不同，因为多色动物的色素分布是遗传因素与子宫内发育因素共同作用的结果。这对那些希望克隆出完全相同的玳瑁猫或三花猫的主人来说是一个不利消息。

Cc 的遗传供体是一只三花猫（美国称“calico”，即玳瑁加白猫），是一只家短毛猫。而 Cc 是一只虎斑加白的家短毛猫。为什么 Cc 没有像她的遗传母亲那样是三花猫呢？答案在于“X染色体失活”。

玳瑁猫和三花猫几乎都是雌性，这意味着它们有两条X染色体。一条X染色体上含有控制橙色毛发的基因，另一条X染色体上含有控制黑色毛发的基因。当胚胎发育时，其组织中会发生一个过程，称为“X染色体失活”。在玳瑁或三花猫胚胎的每个细胞中，X染色体中的一条会随机失活。

这一现象表现在毛发和皮肤细胞中，形成不同颜色的斑块。如果含有橙色毛发基因的X染色体被失活，那么该细胞将生成黑色毛发。如果含有黑色毛发基因的X染色体被失活，那么该细胞将生成橙色毛发。如果失活过程发生得较早，就会产生相对较大且分界清晰的颜色斑块。如果发生得较晚，则会形成斑驳的效果。

白色斑块和虎斑花纹则完全由不同的基因决定。

无论用来生成 Cc 的细胞是哪一个，由于该细胞已经是成年细胞，它的某一条X染色体早在供体猫胚胎阶段就已经被失活了。Cc 有同等的可能性变成橙白色（或橙虎斑加白）或黑白色（或虎斑加白），但她永远不会成为三花猫。除非找到一种方法，在胚胎阶段逆转X染色体失活，否则希望克隆玳瑁猫的主人将不得不接受颜色完全不同的克隆猫。如果X染色体失活可以被重置，失活过程似乎仍然是随机的，因此克隆猫可能拥有正确的颜色，但这些颜色的位置不会与供体猫相同。