1.性别控制技术.pptx
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性别控制技术一、性别控制(sexcontrol)的概念性别控制是指通过人为地干预并按人们的愿望使雌性动物繁殖出所需性别后代的一种繁殖新技术。
一般来说,这种控制技术主要在两个方面进行,一是在受精之前,通过体外对精子进行干预,使在受精之时便决定后代的性别。
二是在受精之后,通过对胚胎的性别进行鉴定,从而获得所需性别的后代。
二、意义性别控制之所以引起人们浓厚兴趣和高度重视以及作出很大努力,是因为性别控制对人类和动物尤其是家畜的育种和生产有着深远的意义。
1.可使受性别限制的生产性状(如泌乳性状)和受性别影响的生产性状(如肉用、毛用性状等)能获得更大的经济效益。
如牛,奶牛场主希望从其优质、高产的核心群中繁殖出更多的小母牛来更换奶牛群。
而肉用牛场主则希望繁殖出更多的小公牛,因为牛的生产速度和肉的品质与性别有关,公牛生长速度比母牛快,而且阉公牛肉质较好,价格较高。
2.及时淘汰或终止不需要性别的动物,提高畜牧业生产效益。
(奶牛、奶山羊、蛋鸡雌性后代价值高,雄性价值低。
肉牛、肉猪、肉鸡雄性生长速度快)。
3.避免异性胚胎移植经常导致孪生不育。
4.可增强良种选种中的强度和提高育种效率,以获得最大的遗传进展。
对于家畜育种者来说,根据市场需求,可利用性别控制技术以更高的效率繁殖出所需要的性别种畜。
同时,对后裔测定来说,性别控制比无性别控制至少可以节省一半的时间,精力和费用。
5.对人类来说,通过精子性别的选择,可以避免怀孕一个与X相关隐性疾病的婴儿,而与X相关的隐性疾病至今已发现370多种。
同时,性别控制对于平衡一个家庭后代的性比例也将起到积极的作用,从而可以控制人口的增长。
6.转基因动物生产在转基因动物生产中,雌性动物具有利用价值,雄性动物利用价值小。
三、研究历史1.早在2500多年以前,古希腊的科学家就认为,右侧睾丸的精子产生的后代是雄性,而左側睾丸的精子产生的后代是雌性。
当时有些科学家认为子宫是性别的主要决定器官,左侧子宫产生的后代为雌性,右侧子宫产生的后代为雄性。
年老或年少的夫妇所生的孩子一般是女孩,因为其生殖液或是“退化”或是“不成熟”。
古罗马时代,人们则认为动物的性别决定同配种风向有关,如果配种时风向是北风,则产生雄性,若是南风则产生雌性。
除此之外,稀奇古怪的说法还很多。
所有这些传统的信念都可归为性别控制的“迷信学说”。
2.真正从事严肃地科学地对动物出生前性别控制研究的最初报道始于1925年。
Lush是最早研究性别控制的科学家之一。
1925年他试图根据携带X染色体和Y染色体精子密度有差异的原理(尚未涉及DNA),用离心法分离兔子的X和Y精子。
但是,用分离的精子授精而产生后代的性别比例却没有改变。
半个多世纪以来,利用类似的方法来分离精子已有很多报道,如层析分离法,沉积分离法,自由流动电泳法,逆流传递电流法和白蛋白液柱分离法等。
类似这些方法可归纳为“物理分离法”。
这些方法都是以X和Y精子之间存在物理差异为依据,如密度、重量、形态、大小、活力、表面电荷等。
3.从20世纪70年代末至80年代末整整10年中,人们仅利用流动细胞仪测定和分析各种动物精子细胞核的DNA含量和分辩非活性的X和Y精子,发现家畜X和Y精子DNA含量的差异为3.6%4.0%。
1986年Johnson&Pinkel改良了普通的流动细胞仪,使其专门适用于分离活精子。
所有这些初步研究为今后最终利用改良的流动细胞检索仪分离X和Y精子打下了基础。
4.直至1989年Johnson等人首先报道用流动细胞分离检索仪成功地分离兔子活的X和Y精子,用分离的精子授精并产下后代以后,这一技术的研究才取得突破性和实质性的进展。
随后,在家畜牛、猪、羊和人都相继取得成功,至今已产下了数以百计的预选性别的后代。
目前认为最科学和最可靠的分离精子方法是根据X和Y精子的DNA含量存在差异的原理,利用改良的流动细胞检索仪进行分离X和Y精子,以达到性别控制的目的。
四、受精前的性别控制在受精之前对精子的性别进行有目的的选择是性别控制最理想的途径,因为通过这样的途径,在卵子受精之时就可以知道它的性别。
这一途径将为生产具有性别的胚胎和繁育具有性别的后代带来更好的经济效益。
从方法学来分类,可归纳为物理分离法、免疫分离法和流动细胞检索分离法。
任何一种精子分离方法,至少满足以下三个条件方可认为成功:
一、所获得的X-精子或Y-精子具有较大的数量,并能重复得到相似的结果;二、所得到的精子能够与卵母细胞进行正常的受精;三、分离后的精子生产的胚胎或后代的性别必须与期望值相符。
目前具有重复性,科学性且效率较高,研究进展较快的分离方法是流动细胞分离法。
(一)物理分离法物理分离法是以X和Y精子之间存在一定的物理性差异为依据,如密度、大小、重量、形态、活力和表面电荷等。
1.沉积分离法此法是根据X精子比Y精子稍重,故在一定的溶液中,X精子的沉降速率比Y精子稍快的原理。
Kaneko等(1984)报道,把人的精液放在不同密度的12个Percoll梯度中,经过30min缓慢离心处理,最终可收集到90%以上的X精子。
为什么X精子的沉降速率比Y精子稍快?
Kaneko等认为,这是因为X和Y精子之间重心的差异而促使X精子更容易通过各密度梯度之间的界面。
他们认为,无论是X和Y精子之间的大小,密度或活力的差异似乎都不可以解释这一现象。
这种方法缺乏重复性以及在其他动试验的证实。
2.自由流动电泳法此法是根据X和Y精子具有不同表面电荷的原理。
尽管一般的电泳技术已经证明对分离精子是失败的,然而,自由流动电泳法却表明有一线的希望。
由于X精子表面带有较多的净负电荷,因此,X精子向正极移动的速度比Y精子快。
Kaneko等(1984)利用此法可将人的精液分离为两个明显的尖峰,从而可分别收集到X和Y精子。
然而,当其他人重复他们的试验时却没有得到满意的效果。
3.层流分离法此法是根据X和Y精子具有不同的游动方式和行为来分离精子的。
Sharkar等人(1984)观察到,人的X精子在一种柱流动液中的游动方式不同于Y精子。
当沿着液柱收集精子时,发现大部分X精子集中在液柱的始端,而Y精子则集中在较远的一端。
这种方法经Y特异探针检查是证实是成功的,但仍须重复试验以及在其它动物进行试验加以证实。
4.白蛋白液柱分离法这种方法曾被认为比以上所述的其他物理分离法较为有效,故曾被广泛用于人精子的分离。
但目前对此法仍有争议,因为这种方法仅较适用于分离Y精子,而且只是收集到少量的Y精子,其效率较低。
其原理是,在粘滞的白蛋白液柱中,Y精子的游动速率比X精子快。
这是Y精子对穿透过粘滞的非连续性白蛋白液梯度交界面的能力大于X精子的缘故。
当在白蛋白液柱上层收集到Y精子时,X精子仍停留在液柱的底部或下半部(Ericsson等1973)。
据临床试验,应用此法分离人Y精子并授精后,78%为男婴。
然而,有人曾测定这一方法的可靠性,利用分离的Y精子进行无透明带仓鼠卵子穿透试验以及随后用染色体组型测定方法以验证受精卵的性别。
相反,受精卵的性别比例有着雌性多于雄性的倾向。
5.传递逆流电流法有人曾尝试用热传递和逆流沉积法结合通电流的方法来分离人精子。
在这个测定系统中,比较轻的Y精子移动缓慢,使X和Y精子保持一定的距离,从而分别收集到X和Y精子(Bhattacharya等,1977)。
Daniell等(1982)用此法分离到77%人的X或Y精子。
然而,Hagele等(1984)用此法预定分离牛的X精子,但用这些精子授精后,对得到的37枚胚胎进行染色体组型测定,其结果显示,73%却是雄性。
(二)免疫学分离法Goldberg等(1971)在一个细胞毒性实验中最先发现精子表面存在雄性特异组织相容性抗原(即H-Y抗原)。
随着高效价H-Y抗体技术的建立,人们致力于用H-Y抗体选择性结合Y精子来改变动物性比例的研究越来越多。
例如,Zavos(1983)用抗H-Y抗血清处理兔精子阴道,抑制Y精子从而选择X精子,结果74%为雌性。
然而,当用流动细胞测定技术检测用免疫法分离的X和Y精子时,发现X和Y精子与H-Y抗原的结合无差异性(Hendriksen等,1993)。
这表明X和Y精子可能共同存在相同的表面抗原,因为他们同源于相同的睾丸内环境。
目前,许多人对精子是否存在H-Y抗原的性别特异表达持怀疑态度。
然而,目前还有许多人仍在这方面不断地努力、不断地尝试。
(三)流动细胞检索分离法流动细胞检索分离法是目前大多数人认为比较科学,比较可靠,准确性较高的分离精子方法。
1.分离精子的理论基础目前,最为科学,可靠和有效的区分X和Y精子差异的是精子的DNA含量。
携带X和Y精子的常染色体是相同的,而性染色体的DNA含量几乎总是有所差异。
这一差异性奠定了利用流动细胞测定仪进行分离X和Y精子的理论基础。
据研究表明,所有哺乳动物的X精子的染色体通常比Y精子的大,且所含的DNA也比Y精子多,这一差异就可作为区分X精子和Y精子的标志。
而鸟类,情况则不同,所有的精子含有相同的染色体补体和DNA含量。
动物种类差异百分比(%)动物种类差异百分比(%)火鸡0马4.1人2.9羊4.2兔3.0灰鼠7.5猪3.6田鼠9.2a牛3.8田鼠12.5a狗3.9经流动细胞仪分析到的各种动物X和Y精子DNA含量的差异根据哺乳动物X和Y精子DNA含量存在差异的原理,利用流动细胞检索仪进行分离X和Y精子的程序,包括将精子稀释并与荧光染料Hoechst33342共同培养,这种染料则定量的与DNA结合。
当精子通过检索仪时被定位从而被激光束激发,由于X精子比Y精子含较多的DNA,所以X精子放射出较强的荧光信号。
放射出的信号通过仪器和计算机系统扩增,分析并分辨出哪些是X精子或是Y精子,或是分辨模糊的精子。
当含有精子的缓冲液离开激光系统时借助于颤动的流动室将垂直流下的液柱变成微小的液滴。
与此同时,含有单个精子的液滴被充上正电荷或负电荷,并借助两块各自带正电或负电的偏斜板,把X或Y精子分别引导到两个收集管中。
2.精子分离效率十多年来,由于分离技术的不断改进(Rens等,1998;Welch&Johnson,1999;Johnson&Welch,1999;Johnson,2000),故精子分离效率有了惊人的提高。
从分离速度看,与90年代初相比,目前分离速度已提高了30倍。
90年代初每小时只能分离X和Y精子各36万个,而现在约各为1100万个(Johnson&Welch,1999).从用分离纯度看,则保持相对稳定(90%左右)。
动物分离次数X%(范围)X%(平均)Y%(范围)Y%(平均)猪888-979487-9592猪496-989793-9594牛785-959085-9692用流动细胞检索仪重新分析已分离猪和牛精子的纯度(三个试验数据)3.精子分离后的人工授精人们通过试验证明从分离精子所获得的怀孕率和产下数以百计的犊牛的产犊情况,初生体重以及随后的生长发育来看,和对照组所获得的不无一样,至今还没有发现任何异常现象。
因此,分离的精子应用于AI是可行的。
4.精子分离后的体外受精英国剑桥动物生物有限公司(ABC)最早于1993年开展用分离精子进行牛IVF研究并获得成功。
他们把分离的X和Y精子分别和卵子进行IVF并将获得的预选性别胚胎移植到9头受体母牛,其中4头怀孕并分别产下3头母犊牛和3头公犊牛,其性别准确率都分别达到100%(Cran等,1993)。
随后,该公司又将分离的Y精子进行IVF并将获得的胚胎冷冻后再移植到106头受体母牛,每头接受两枚胚胎,共产下37头公犊牛(占90%)和4头母犊牛(占10%;Cran等,1995)。
5.分离精子在人临床上的应用在美国,位于弗吉尼亚州的遗传与体外受精研究所(Genetic&IVFInstitute,Virginia)率先进行分离人精子的研究和临床应用。
其目的是防止与性别有关联的遗传疾病;二是平衡家
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