既然生物体内细胞不能实现细胞全能性为什么要离体,那为什么受精卵可以发育成个体

细胞全能性为什么要离体指个体某个器官或组织已经分化的细胞在适宜的条件下再生成完整个体的遗传潜力指生物的细胞或组织,可以分化成该物种的所有组织或器官形成完整的个体的能力。   

关于细胞全能性为什么要离体的定义基本上可以分三种

一种是说“已分化细胞具有重新发育为完整个体嘚潜能”,

这种说法将受精卵排除在外

但事实上现在人们达成共识认为受精卵细胞全能性为什么要离体最强;

一种说法是“一个细胞包含着这种生物的全部遗传信息,在适当的条件下可以发育成一个完整的生物体”这种说法严格讲是将花药离体培养或卵细胞发育成个体排除在外了(存疑);

1984年国际组织培养协会作出的定义最全面“细胞细胞全能性为什么要离体为细胞的某种特征,有这种能力的细胞保留形成有机体所有细胞类型的能力”

这个定义包含了受精卵、花药、卵细胞的分化发育,也包含了培养细胞生产次生代谢物的情况(如红豆杉细胞培养生产紫杉醇)   

受精卵当然是具有细胞全能性为什么要离体的,动物随着其个体发生的进行和决定之后细胞全能性为什麼要离体便失掉与此相反,在植物高度分化的体细胞仍保持细胞全能性为什么要离体这可由从胡萝卜和烟草等数种植物的茎、根的愈傷组织分离出的细胞或叶肉细胞,通过培养胚的发育或器官分化而再生成植物体的实验得到证明   

分化细胞保留着全部的核基因组, 咜具有生物个体生长、发育所需要的全部遗传信息 即能够表达本身基因库中的任何一种基因,也就是说分化细胞具有发育为完整个体的潛能称为细胞全能性为什么要离体。   

未经受精的卵细胞和发育初期的胚胎细胞有分化成为组织、器官、形成个体的能力称之为细胞全能性为什么要离体。   

随着这一发育过程的进行一个细胞所具有的分化能力,被局限在细胞所属的肌器、器官和组织内对哺乳動物在胚胎形成阶段的早期,核的细胞全能性为什么要离体却已消失

从把分化的细胞核移植到蛙的受精卵而获得克隆蛙的实验中得知,細胞全能性为什么要离体主要取决于细胞核及其周围细胞质的相互作用尽管受精卵的基因存在于所有的分化细胞质的相互作用。

尽管受精卵的基因存在于所有的分化细胞核中但并非用任何细胞核都可以得到克隆蛙。由于细胞全能性为什么要离体的丧失大多数的核均难鉯获得成功。

总之就是最权威得定义里面,受精卵是具有细胞全能性为什么要离体的

但是教科书的定义,确实没有包含了受精卵

但受精卵的细胞全能性为什么要离体是最强的。

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细胞分化好比是沿着山坡一路向丅滚的小球细胞全能性为什么要离体实现相当于将小球再推回山顶。

我们通过这个类比来回答3个问题

1.分化程度和细胞全能性为什么要離体高低之间有什么关系?

2.为什么生殖细胞分化程度高细胞全能性为什么要离体也高

3.为什么使用去核的卵母细胞作为动物体细胞核移植嘚受体细胞?

1.分化程度和细胞全能性为什么要离体高低之间有什么关系

我们来看一幅图,一起来想象一下

图1:沿着山坡向下滚动的小浗

山顶上有一个小球,会沿着山谷小道向下滚在岔路口做出选择并继续向下滚,一直如此直到谷底小球的滚动在自然状态下是不可逆嘚,小球只会向下滚动而不会逆过来向上滚动我们在小球的滚动分界点做上一些记号,这样随机取出一个球我们就会知道是从什么地方取的我们就用一些字母来标记吧,山顶上的是A谷底的是Z,同一层次的我们用阿拉伯字母区分Z1,Z2,Z3……都表示滚到谷底的不能再滚的小球。

接下来我们就用这个例子来类比一下分化与细胞全能性为什么要离体

图2:康拉德·沃丁顿的分化小球

分化的过程好比是向下滚的小球,山顶是受精卵向下滚到山腰的是各种干细胞,滚到谷底并停在那里的是各种高度分化的细胞整个过程一般不可逆,方向是由A到Z细胞分化的过程基因并没有丢掉,而是被做上了标记(比如胞嘧啶甲基化和组蛋白的乙酰化)这些标记让基因特异性表达,分化成各种各樣的细胞在繁殖过程中,精卵结合为受精卵相当于又把小球上的绝大多数标记清除并重新放回山顶上。知道了这一过程我们再来看看汾化程度和细胞全能性为什么要离体的关系一般来说,距离山顶越近小球上的标记越少,细胞分化程度就越低细胞全能性为什么要離体越高。反之距离山顶越远,小球上的标记就越多细胞的分化程度就越高,细胞全能性为什么要离体越低

2.为什么生殖细胞分化程喥高细胞全能性为什么要离体也高?

别人取了一个小球给你你并没有看到他是从哪个地方取的,但是你可以根据小球上的标记来判断標记越少越靠近山顶,标记越多越靠近谷细胞也是这样来判断的。距离山顶越远分化程度就越高标记越少细胞全能性为什么要离体就樾高。一般来说这位置和标记是正相关的但是,这里面出现一个意外这个意外就是生殖细胞。减数分裂和受精作用能擦除标记被擦除了标记的生殖细胞在谷底,但是又没有多少标记也就成了所谓的分化程度高但是细胞全能性为什么要离体也高的细胞。

图3:世代交替注意图中的配子体

自然界中有很多生殖细胞不经过受精作用直接发育成个体的例子。植物世代交替中的配子体世代就是直接由配子发育來的;动物中也不乏孤雌生殖的案例蜜蜂中的雄峰就是直接由卵细胞发育来的。

有些例子虽然不能准确表述理论对我们理解还是大有幫助的。当然了这个小球的例子并不是我想出来的,而是表观遗传学之父沃丁顿提出来的

这个例子很好用,除了说明上述问题之外还能解释为什么动物核移植为啥最常用去核的卵母细胞

3.为什么使用去核的卵母细胞作为动物体细胞核移植的受体细胞?

我们知道分化的实質是“基因的选择性表达”

正是因为分化的实质是基因的选择性表达而不是直接抛弃掉不需要表达的基因,所以每个细胞都保留了能发育成本物种个体的全部潜能潜能是有的,要体现出来可能那么容易一个高度分化的细胞要实现细胞全能性为什么要离体再重新分裂分囮变成一个完整个体,这个过程就相当于将谷底的小球一路向上推一直推到山顶,还要把一路上的标记全部擦除掉掉这样细胞才会认為自己是那个无所不能的受精卵,再重新滚一次变成一个完整个体

图4:植物组织培养,图片来源:人教版生物必修Ⅰ课本

植物细胞还好┅些人类已经有办法将一个植物细胞推回山顶再重新滚一次。对于动物细胞就有些麻烦了我们试着推了推,发现可以推到山腰上但昰推回山顶还没有那么大的力气。也就是说很难把高度分化的动物细胞上的标记擦除掉怎么办呢?减数分裂和受精作用能擦除标记如果将高度分化的动物细胞的细胞核移植到去核的卵母细胞中,能不能利用卵母细胞的细胞质来擦除分化细胞上的标记呢答案是可以的。動物细胞核移植技术就是这么做的我们没有办法把一个成熟的动物细胞推回到山顶上,但是“借助全能细胞的细胞质推细胞核回山顶”還是可以的

图5:使用去核卵母细胞作为动物体细胞核移植的受体细胞,图片来源:人教版生物选修Ⅲ课本

现在再回头看高中生物中“植粅组织培养技术体现了植物细胞的细胞全能性为什么要离体动物细胞核移植克隆体现了细胞核具有细胞全能性为什么要离体”这一句话昰不是感觉清晰很多了呢?

高中生物学的知识解了就记住了,比死记硬背强多了通过理理来记忆对学习能力的要求更高,单纯的背诵記忆是一个更加懒惰的方法不动脑子就能解决。因此下了大力气来背诵记忆的同学在某种程度上是懒惰的。

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