体细胞遗传学somatic cell genetics

研究高等生物离体体细胞基因的结构和功能，及其遗传变异规律的学科。是20世纪50年代后发展起来的一个遗传学分支。主要以真核生物为对象，应用体细胞离体培养技术，细胞融合和理化诱变，以及遗传物质在不同细胞间转移等方法，取得单细胞的无性繁殖系，也可克服生殖隔离的障碍，产生不同种、不同属，甚至不同界（如动物和植物）之间的体细胞杂种，进行特定性状遗传规律的有效分析，开展基因定位工作。对动物的免疫学和遗传病的研究，起着重要推动作用，亦可为植物育种提供新的方法和途径，有很大应用价值。

体细胞遗传学

遗传学的分支学科。以高等生物的体细胞为实验材料、用细胞离体培养、细胞融合和遗传物质在细胞间转移等方法，研究真核生物的DNA复制、基因突变和调控、细胞分化与代谢的控制、肿瘤细胞形成的机理等。

体细胞遗传学

体细胞遗传学是以高等生物的二倍体细胞为对象，研究DNA复制、基因突变、基因调控、细胞分化和代谢的控制、肿瘤细胞形成的机理等遗传学基本问题的一门学科。
1956年Puck成功地将单个体细胞在体外进行培养，长成一个克隆。这就有可能在严格控制的条件下研究基因的作用，研究由突变引起的一个克隆，研究一系列生物学中的基本问题。1960年Barski及其同事们发现体细胞杂交现象。他们观察到培养的哺乳动物细胞偶尔会彼此融合，成为一个核的细胞，其中有一些能无限制地增殖。这些细胞带有双亲的染色体。Ephrussi等(1965)利用这一发现来研究杂种细胞的生理学，特别是分化功能，以及染色体在许多“世代”中的行为。Weisse等(1967)通过体细胞杂交的新方法意外地发现了哺乳动物细胞中有染色体丢失现象。原来在真菌中利用染色体丢失现象来判定某一基因位于哪一条染色体上； 现在这一技术，可应用于包括人类在内的哺乳动物基因定位的研究。由于体细胞遗传学主要是利用体外培养的体细胞进行研究，所以生物的遗传学分析，特别是高等生物——人的遗传学分析可以不象通常那样必须用性细胞通过有性生殖来研究，而是可以用体细胞克隆在实验室中进行。这种方法传代快、繁殖率大，在短短时间内便可收到象在微生物遗传学研究遗传规律那样的效果。
体细胞杂交 体细胞杂交又称体细胞融合，一般指在同一培养基内，同时培养两类同种或异种生物的二倍型体细胞，并加入适当融合剂，促成两类体细胞互相融合，形成一个核的细胞，带有两亲的染色体和遗传性。这种细胞称为杂种细胞或融合细胞。
体细胞杂交已经成功地应用于异种、异属、异纲、异门，甚至动物和植物细胞之间，突破了有性生殖中种特异性的限制。体细胞杂交即使在最好情况下进行，也只有少数细胞融合； 为了解决这个问题，人们常用灭活仙台病毒作为融合剂来促进不同克隆之间的细胞融合，例如人鼠杂交细胞便是在仙台病毒影响下形成的。在动物和植物，如鸡的红细胞和酵母之间； 人HeLa细胞和烟草之间，一般用聚乙二醇(PEG)诱导细胞融合。
1964年Littelfield进一步采用HAT淘汰法来分离和提纯杂种细胞。他用小鼠两个不同克隆的成纤维细胞在HAT选择培养基中共同培养，一种细胞缺乏胸苷激酶(TK-)，另一种缺乏焦磷酸化酶。培养基含有次黄嘌呤-氨基喋呤-胸苷，即HAT，而氨基喋呤可以阻断叶酸的合成。两种亲本细胞由于各有一种酶缺陷，不能利用外源物质合成核酸，终于全部死亡，而杂种细胞则兼有两种亲本的正常酶系，可以利用培养基中的次黄嘌呤和胸苷合成核苷酸，于是被保存下来，形成一个新的杂种克隆系。
体细胞培养 由于体细胞遗传学主要是利用体外培养的体细胞进行研究，所以它的发展同组织培养和细胞遗传学技术的改进密切有关。
体细胞遗传学的一项重要技术就是细胞培养。这方面的研究主要有：
❶成纤维细胞培养： 成纤维细胞一般取自小块活检的皮肤组织，或胎儿的肺、肾、肌肉细胞等。这种细胞可在培养瓶中长成单层细胞。当细胞铺满整个表面时，生长就停止，这种现象称为接触抑制。有时由于病毒感染或原因不明的其他因素的影响，细胞会丧失接触抑制的特性，继续无休止地生长，最后形成的细胞克隆，表现出某些恶性行为。这种变化称为细胞转化。细胞转化与恶性之间的真正关系还不清楚，但看来细胞转化是恶性特征发育的一个重要步骤。
❷淋巴样母细胞培养：外周血中淋巴细胞需经植物血球凝集素(PHA)的刺激后才会生长和分裂。它们在培养液中悬浮生长，而不能在玻璃瓶内贴瓶生长。最近已建立了一些来自淋巴细胞的永久性细胞系。它们的染色体可以稳定很长一段时期，并在悬浮液中很好地生长。但从正常个体分离来的淋巴细胞很难成株，从某些病毒性疾病如传染性单核白细胞增多的病人身上采集的淋巴细胞则较易成功。人们认为淋巴细胞向淋巴样母细胞转化与培养物中病毒的感染有关，因为在淋巴样母细胞系中常能找到EB病毒；这种病毒常与某些肿瘤联系在一起，因而淋巴细胞培养物实际上是恶性转化的结果。
❸克隆： 克隆的建立是体细胞遗传学中的一项重大技术革新。Puck在培养哺乳动物细胞方面有一个很大的改进； 他把长满瓶壁的一层细胞用紫外线照射，使细胞停止繁殖，但仍能进行代谢活动，从而形成一层滋养层细胞，然后把需要培养的细胞接种上去。这些滋养层细胞就作为一个环境，接种上去的细胞就可以长成克隆。每一个克隆的细胞都是来自同一个细胞，这实际上是一个细胞纯系，是作遗传学分析研究的好材料。由于体细胞培养克隆的成功，就有可能在严格控制的条件下研究基因的作用，研究由突变引起的一个克隆，研究分化的机理、代谢的协同作用和基因互补。体细胞克隆的培养也为对物理因素、化学因素和各种生物因素的反应，对于外源遗传物质的吸收和整合，特别是病毒等一系列生物学中的基本问题，提供了一种新的研究方法。
体细胞间遗传物质的转移 离体培养细胞中遗传物质的转移方法大致可以分为五个方面：
❶应用高度提纯的DNA;
❷应用病毒中间体；
❸分离有丝分裂中期染色体，然后将其引入活细胞；
❹完整细胞和细胞碎片之间的融合；
❺完整细胞的融合（即体细胞杂交）。
把提纯的DNA引入哺乳动物细胞时，外源性DNA转移到受体细胞核内之前，绝大部分在胞质内降解。据计算，外源DNA被哺乳动物细胞吸收并被胞核摄入的量在0.03%到6%，也有报道说可高达30%。要顺利开展这一工作，还有赖于应用某些遗传标记，以测定供体DNA是否进入细胞，是否能表达等一系列问题。Qasba等用DNA转移作为基因治疗，将小鼠的DNA多瘤病毒感染人和小鼠胚胎细胞。Horst等把大肠杆菌的基因通过噬菌体转移到人的细胞。很多工作证明分离的有丝分裂中期染色体可以通过细胞膜进入哺乳动物受体细胞，但要检测这条染色体上的基因是否表达，还有相当大的困难。最近发展的微量注射法是将大分子物质(DNA) 通过微量注射，直接转移到异种细胞中，并且得到表达。这是目前转移基因最有效的方法。细胞融合就是完整细胞融合进行基因转移。如小鼠的A9细胞株和鸡的有核红细胞融合，小鼠精子和中国仓鼠成纤维细胞融合等。电子显微镜照片证实，精子穿入了成纤维细胞；用放射性标记精子，发现2～10%的细胞核中有标记物出现。用完整或部分的胞核作为供体，将遗传物质从一个细胞转移到另一个细胞中去，是最近新发展起来的一个方法。用细胞松弛素B处理细胞，然后高速离心，就可以把哺乳动物细胞分成细胞核和细胞质两部分，无核的细胞质称为“胞质体”，完整的胞核称为“胞核体”。胞核体在核膜外还往往有一薄层细胞质和质膜，构成一个“小细胞”。如在分裂中期用秋水仙素和细胞松弛素B处理，则释放出的可能只有一条或几条染色体形成的微核，使之与完整的受体细胞融合是一个有效的技术，可使少量染色体或染色体的一部分从供体进入受体。
体细胞遗传学的应用
(1) 培养细胞代谢的研究： 尽管成纤维细胞不能代表所有的体细胞，很多基因(如血红蛋白，某些具有神经细胞和肝细胞功能的基因)在成纤维细胞中并不表达，但由于成纤维细胞取材方便，容易培养，而且它的代谢过程涉及许多个基因的表达，所以许多实验还是用成纤维细胞培养物作体细胞遗传学研究。用成纤维细胞研究代谢性疾病的最大优点是可以从患者身上取下一小片皮肤，在体外长成单层的成纤维细胞进行各种生化代谢研究。如果是一种罕见病，即使患者死亡，仍能在实验室中进行重复研究。体外培养的细胞品系可以在液氮中冻存，可以用邮寄方式运送； 同一个细胞株可以在不同的实验室中进行各种不同指标的研究，其实验结果也便于相互比较，减少不必要的误差。
(2) 遗传缺陷的识别： 已经能直接从患者身上研究代谢缺陷，但仍受各种环境变化的影响。细胞培养可以提供更多有价值的资料。最好的例子是对家族性高胆固醇血症原发缺陷的阐明，但目前并不是所有的代谢缺陷都可用细胞体外培养方法来进行研究。
(3) 互补研究： 实验遗传学的一个标准方法是互补测定。细胞或机体在反式构型上如有两个突变隐性基因，就可以通过突变表型的出现而加以测定。如果不出现突变表型，可认为机体对两个不同功能的位点是杂合体，这两个突变就被称为是彼此互补的。另外，如果反式双重异质子出现突变表型，则认为这两条染色体上都缺损同样的功能。同样可以用异核体来进行互补研究。有时不同的细胞可以对不同的遗传缺陷进行补偿。如果一个细胞品系是A功能有缺陷，另一个是B功能有缺陷，当两个细胞品系一起培养时两个细胞的基因产物可以扩散到细胞外面去，如Hurler's和Hunter's综合征的区别，也就是根据这些患者的成纤维细胞培养物的互补性为基础的当两种疾病的症状非常相似，甚至或完全相同时，这种互补性的应用是很有意义的。
(4) 基因定位： 体细胞遗传学研究的另一个途径是研究特定的染色体之间的关系。这实际上是从1936年Stern发现果蝇中体细胞基因交换之后开始的。在50年代中期，继真菌构巢曲霉(Aspergillus nidulans)之后，在其他许多真菌中发现了“准性生殖” （就是不通过减数分裂而导致基因重组的一种生殖方式），而且应用于遗传学分析。这些研究工作清楚地指出，有丝分裂繁殖的细胞会自发地或被诱发地丢失一条或几条染色体，化学药物处理可以大大提高真菌中染色体丢失的速率。1967年通过体细胞杂交的新方法意外地发现了哺乳动物细胞中也有染色体丢失现象。于是，在真菌中发现的判定某一基因位于哪一条染色体上的技术，可应用于包括人类在内的哺乳动物的研究(见“基因定位”)。
(5) 产前诊断： 羊膜穿刺抽羊水细胞进行培养，可对染色体、酶和其他蛋白质进行测定，防止孕妇分娩有“高度风险”的婴儿或遗传病患儿。但必须强调，这些检测方法不能保证出生的必定是一个“正常”的孩子，因为有很多疾病还没有有效的检出方法(见“产前诊断”)。