“克隆”是從英文“clone”音譯而來，在生物學領域有3個不同層次的含義。
在分子水平，克隆一般指DNA克隆(也叫分子克隆)。含義是將某一特定DNA片段透過重組DNA技術插入到一個載體(如質粒和病毒等)中，然後在宿主細胞中進行自我複製所得到的大量完全相同的該DNA片段的“群體”。
在細胞水平，克隆是指由一個單一的共同祖先細胞分裂所形成的一個細胞群體。比如，使一個單一細胞在體外的培養液中分裂若干代所形成的一個遺傳背景完全相同的細胞集體即為一個細胞克隆。又如，在脊椎動物體內，當有外源物(如細菌或病毒)侵入時，會透過免疫反應產生特異的識別抗體。產生某一特定抗體的所有漿細胞都是由同一個B細胞分裂而成，這樣的一個漿細胞群體也是一個細胞克隆。
在個體水平，克隆是指基因型完全相同的兩個或更多的個體組成的一個群體。比如，兩個同卵雙胞胎即為一個克隆！因為他／她們來自同一個受精卵細胞，所以遺傳背景完全一樣。後面要討論的透過細胞核移植所得到的一個遺傳背景完全相同的動物或植物群體也是一個克隆。但是，按此定義，“多莉”並不能說成是一個克隆！因為“多莉”只是孤單的一個。只有當那些英國胚胎學家能將兩個以上完全相同的細胞核移植到兩個以上完全相同的去核卵母細胞中，得到兩個以上遺傳背景完全相同的“多莉”時，才能用克隆這個詞來描述。所以在那篇發表於1997年2月出版在《Nature》雜誌上的轟動性論文中，作者並沒有把“多莉”說成是一個克隆。
另外，克隆也可做動詞用，意思是指獲得以上所言DNA、細胞或個體群體的過程。
2 DNA克隆
在本世紀50年代初，生物學家對遺傳物質的載體是 DNA(而不是以前長期所認為的蛋白質)這一事實已經沒有什麼疑問了；對DNA的化學組成(4種核苷酸透過磷酸二酯鍵共價連線而成的長鏈分子)和分子結構(雙螺旋)也有了清楚的認識。但是，對於如何研究分佈在這些長鏈DNA分子上的一個個基因的特異結構和功能卻無計可施。70年代中期出現的重組DNA技術使基因研究“柳暗花明”。重組DNA技術是將兩段或更多的DNA分子進行特異的切割和重新連線的過程。出現這一技術的關鍵是限制性內切酶，在細菌中的被發現。有一類限制性內切酶(現在已經有幾百種被鑑定)，其中的每一種都可以識別一段特異的DNA序列(一般為4～8個核苷酸組成)，並將所識別序列以特定的方式進行雙鏈切割。在細菌細胞內，這些限制性內切酶的主要作用是破壞(限制)入侵的外來 DNA分子(如病毒 DNA)。細菌可以透過修飾自己的特異DNA序列而防止自身的DNA被限制性內切酶所破壞。重組DNA技術中的另一關鍵蛋白是能把兩段DNA分子連線成一段的所謂DNA連線酶。
現在進行DNA克隆的方法多種多樣，這裡介紹一下其典型的過程(圖1)。
首先需要獲得DNA載體。DNA載體開始是由能夠在宿主細胞中自我複製的分子量較小的質粒(為環狀)或病毒經過人工改造而成。在過去的30多年的時間內，基於對DNA結構和功能的更多瞭解，透過重組DNA技術，科學家對DNA載體進行了多種多樣的巧妙設計和改造，以適合不同應用的需要。比如，大量用於人類基因組工程研究的酵母人工染色體(YAC)就是基於對酵母染色體的結構和功能的瞭解而研製的，可以接受很長外源DNA片段的DNA載體。要進行克隆的外源DNA可以來自細胞核中的染色體(即所謂基因組DNA)，也可以來自從信使RNA經反轉錄而成的cDNA。經限制性內切酶切割的外源DNA片段在DNA連線酶的幫助下即可插入到經相同的限制性內切酶切割的載體DNA中，形成重新組合了的“重組DNA”。重組的DNA轉入宿主細胞內後，進行大量複製，從而得到所插入DNA片段的分子克隆。
這樣得到的DNA克隆可以應用於生物學研究的很多方面，包括對特異DNA的鹼基順序的分析和處理，以及生物技術工業中有價值蛋白質的大量生產等等。
3 生物個體的克隆
3．1 細胞分化問題 高等生物的發育是一個奇妙的過程。其中的一個重要方面是細胞的分化現象。受精卵細胞分裂的初期產生的後代細胞之間沒有太大的差異。隨著發育過程的進行，分裂產生的後代細胞之間逐漸出現差異，到發育成熟時，不同細胞(如神經細胞和肝臟細胞)的形狀和功能千差萬別。早期的一個假說認為細胞分化是細胞核中的遺傳物質DNA不斷丟失的結果。在分子生物學家對分化產生的不同細胞DNA進行分析之前，植物細胞的體外培養實驗和動物細胞的細胞核移植實驗已經將該假說推翻了！
3．2 植物細胞的全能性 在本世紀50年代，植物學家用胡蘿蔔為模型材料，研究了分化的植物細胞中遺傳物質是否丟失問題。他們驚奇地發現，從一個單一已經高度分化的胡蘿蔔細胞可以發育形成一棵完整的植株！由此，他們認為植物細胞具有全能性。從一棵胡蘿蔔中的兩個以上體細胞發育而成的胡蘿蔔群體的遺傳背景完全一樣，故為一個克隆。如此的植物克隆過程是一個完全的無性繁殖過程！動物細胞是否也具有類似的“全能性”呢？現在還沒有任何成功的報道。但用動物細胞進行的細胞核移植實驗也同樣表明，動物細胞在分化過程中，在大部分情況下並沒有遺傳物質的丟失和不可逆改變。
3．3 用動物細胞進行的細胞核移植實驗 1952年，2位美國科學家(羅伯特·布里格斯和托馬斯·金)試圖在顯微鏡下將一個發育到後期的豹蛙胚胎細胞的細胞核取出，然後植入到一個已去除細胞核的豹蛙卵細胞中，但遺憾的是，這個經處理的卵細胞並未發育成功。
1964年英國科學家格登小心地重複了以上實驗，這次他用從發育到蝌蚪期的非洲蟾蜍的腸道或面板的上皮細胞中取出細胞核，移植到細胞核被紫外線破壞或被在顯微鏡下用微細玻璃管吸出的未受精卵細胞中。在有的情況下，卵細胞停止分裂；而另一些情況下，出現了不正常胚胎，只有大約1％～2％經過細胞核移植的卵細胞可以發育到蝌蚪期。但是這些蝌蚪中極少數能夠發育到成體。這些實驗結果表明，至少部分蝌蚪上皮細胞的細胞核是具有全能性的。
在隨後的幾十年時間內，胚胎學家利用不同的動物(包括牛、羊、鼠等)進行了類似的細胞核移植實驗，但都只有用早期的胚胎細胞中的細胞核才可能得到發育到出生的個體。直到1997年，英國胚胎學家維爾穆特報道了將高度分化了的羊乳腺細胞的細胞核移植到去除了細胞核的卵母細胞(還未成熟的卵細胞)中，並得到了一隻存活的小羊“多莉”。一年以後，另一組科學家報道了將小鼠卵丘細胞(圍繞在卵母細胞外周的高度分化細胞)的細胞核移植到去除了細胞核的卵母細胞中後，得到了20多隻發育完全的小鼠。如果多莉因為只有一隻，還不夠叫做克隆羊的話，這些小鼠就是名副其實的克隆鼠了。下面以小鼠為例簡單說明一下透過細胞核移植克隆哺乳動物的基本過程(圖2)。
3．4 透過細胞核移植克隆小鼠的基本過程 在本實驗中，卵丘細胞是經如下過程得到的：透過連續幾次注射絨毛膜促性腺激素，使雌鼠誘導成高產卵狀態。然後從雌鼠輸卵管中收集卵丘細胞與卵母細胞的複合體。經透明質酸處理使卵丘細胞散開。選擇直徑為10～ 12μm的卵丘細胞用作細胞核供體(前期實驗表明，若用直徑更小或更大的卵丘細胞的細胞核，經過細胞核移植的卵母細胞很少發育到超過8細胞期)。所選擇的卵丘細胞保持在一定的溶液環境中，在3h內進行細胞核移植(與此不同的是，在獲得“多莉”時，用作細胞核供體的乳腺細胞先在培養液中傳代了3～6次)。
卵母細胞(一般處於減數分裂中期Ⅱ)透過與上面描述類似的方法，從不同種的雌鼠中收集。在顯微鏡下小心地用一直徑大約7μm的細管取出卵母細胞的細胞核，儘量不取出細胞質。同樣小心取出卵丘細胞的細胞核，也儘量去除所帶的細胞質(透過使取出的細胞核在玻璃管中往復運動數次，以去除所帶的少量細胞質)。在細胞核被取出後5min之內，直接注射到已經去除了細胞核的卵母細胞中。進行了細胞核移植的卵母細胞先放在一種特製的溶液中1～6h，然後加入二價鍶離子(Sr2+)和細胞分裂抑素B。前者使卵母細胞啟用，後者抑制極體的形成和染色體的排除。再取出處理過的卵母細胞，放在沒有鍶和細胞分裂抑素B的特製溶液中使細胞分裂形成胚胎。
不同階段的胚胎(從2細胞期到胚泡期)被分別植入幾天前與已經結紮雄鼠交配過的假孕母鼠的輸卵管或子宮中發育。發育完全的胎兒鼠在大約19天后透過手術取出。
3．5 動物克隆的意義和展望 用分化的羊乳腺細胞或鼠卵丘細胞的細胞核進行的移植實驗結果表明，哺乳動物已經高度分化的體細胞中遺傳物質沒有發生不可逆變化，在一定條件下(去核卵母細胞中)可以重新啟動其發育程
“克隆”是從英文“clone”音譯而來，在生物學領域有3個不同層次的含義。
在分子水平，克隆一般指DNA克隆(也叫分子克隆)。含義是將某一特定DNA片段透過重組DNA技術插入到一個載體(如質粒和病毒等)中，然後在宿主細胞中進行自我複製所得到的大量完全相同的該DNA片段的“群體”。
在細胞水平，克隆是指由一個單一的共同祖先細胞分裂所形成的一個細胞群體。比如，使一個單一細胞在體外的培養液中分裂若干代所形成的一個遺傳背景完全相同的細胞集體即為一個細胞克隆。又如，在脊椎動物體內，當有外源物(如細菌或病毒)侵入時，會透過免疫反應產生特異的識別抗體。產生某一特定抗體的所有漿細胞都是由同一個B細胞分裂而成，這樣的一個漿細胞群體也是一個細胞克隆。
在個體水平，克隆是指基因型完全相同的兩個或更多的個體組成的一個群體。比如，兩個同卵雙胞胎即為一個克隆！因為他／她們來自同一個受精卵細胞，所以遺傳背景完全一樣。後面要討論的透過細胞核移植所得到的一個遺傳背景完全相同的動物或植物群體也是一個克隆。但是，按此定義，“多莉”並不能說成是一個克隆！因為“多莉”只是孤單的一個。只有當那些英國胚胎學家能將兩個以上完全相同的細胞核移植到兩個以上完全相同的去核卵母細胞中，得到兩個以上遺傳背景完全相同的“多莉”時，才能用克隆這個詞來描述。所以在那篇發表於1997年2月出版在《Nature》雜誌上的轟動性論文中，作者並沒有把“多莉”說成是一個克隆。
另外，克隆也可做動詞用，意思是指獲得以上所言DNA、細胞或個體群體的過程。
2 DNA克隆
在本世紀50年代初，生物學家對遺傳物質的載體是 DNA(而不是以前長期所認為的蛋白質)這一事實已經沒有什麼疑問了；對DNA的化學組成(4種核苷酸透過磷酸二酯鍵共價連線而成的長鏈分子)和分子結構(雙螺旋)也有了清楚的認識。但是，對於如何研究分佈在這些長鏈DNA分子上的一個個基因的特異結構和功能卻無計可施。70年代中期出現的重組DNA技術使基因研究“柳暗花明”。重組DNA技術是將兩段或更多的DNA分子進行特異的切割和重新連線的過程。出現這一技術的關鍵是限制性內切酶，在細菌中的被發現。有一類限制性內切酶(現在已經有幾百種被鑑定)，其中的每一種都可以識別一段特異的DNA序列(一般為4～8個核苷酸組成)，並將所識別序列以特定的方式進行雙鏈切割。在細菌細胞內，這些限制性內切酶的主要作用是破壞(限制)入侵的外來 DNA分子(如病毒 DNA)。細菌可以透過修飾自己的特異DNA序列而防止自身的DNA被限制性內切酶所破壞。重組DNA技術中的另一關鍵蛋白是能把兩段DNA分子連線成一段的所謂DNA連線酶。
現在進行DNA克隆的方法多種多樣，這裡介紹一下其典型的過程(圖1)。
首先需要獲得DNA載體。DNA載體開始是由能夠在宿主細胞中自我複製的分子量較小的質粒(為環狀)或病毒經過人工改造而成。在過去的30多年的時間內，基於對DNA結構和功能的更多瞭解，透過重組DNA技術，科學家對DNA載體進行了多種多樣的巧妙設計和改造，以適合不同應用的需要。比如，大量用於人類基因組工程研究的酵母人工染色體(YAC)就是基於對酵母染色體的結構和功能的瞭解而研製的，可以接受很長外源DNA片段的DNA載體。要進行克隆的外源DNA可以來自細胞核中的染色體(即所謂基因組DNA)，也可以來自從信使RNA經反轉錄而成的cDNA。經限制性內切酶切割的外源DNA片段在DNA連線酶的幫助下即可插入到經相同的限制性內切酶切割的載體DNA中，形成重新組合了的“重組DNA”。重組的DNA轉入宿主細胞內後，進行大量複製，從而得到所插入DNA片段的分子克隆。
這樣得到的DNA克隆可以應用於生物學研究的很多方面，包括對特異DNA的鹼基順序的分析和處理，以及生物技術工業中有價值蛋白質的大量生產等等。
3 生物個體的克隆
3．1 細胞分化問題 高等生物的發育是一個奇妙的過程。其中的一個重要方面是細胞的分化現象。受精卵細胞分裂的初期產生的後代細胞之間沒有太大的差異。隨著發育過程的進行，分裂產生的後代細胞之間逐漸出現差異，到發育成熟時，不同細胞(如神經細胞和肝臟細胞)的形狀和功能千差萬別。早期的一個假說認為細胞分化是細胞核中的遺傳物質DNA不斷丟失的結果。在分子生物學家對分化產生的不同細胞DNA進行分析之前，植物細胞的體外培養實驗和動物細胞的細胞核移植實驗已經將該假說推翻了！
3．2 植物細胞的全能性 在本世紀50年代，植物學家用胡蘿蔔為模型材料，研究了分化的植物細胞中遺傳物質是否丟失問題。他們驚奇地發現，從一個單一已經高度分化的胡蘿蔔細胞可以發育形成一棵完整的植株！由此，他們認為植物細胞具有全能性。從一棵胡蘿蔔中的兩個以上體細胞發育而成的胡蘿蔔群體的遺傳背景完全一樣，故為一個克隆。如此的植物克隆過程是一個完全的無性繁殖過程！動物細胞是否也具有類似的“全能性”呢？現在還沒有任何成功的報道。但用動物細胞進行的細胞核移植實驗也同樣表明，動物細胞在分化過程中，在大部分情況下並沒有遺傳物質的丟失和不可逆改變。
3．3 用動物細胞進行的細胞核移植實驗 1952年，2位美國科學家(羅伯特·布里格斯和托馬斯·金)試圖在顯微鏡下將一個發育到後期的豹蛙胚胎細胞的細胞核取出，然後植入到一個已去除細胞核的豹蛙卵細胞中，但遺憾的是，這個經處理的卵細胞並未發育成功。
1964年英國科學家格登小心地重複了以上實驗，這次他用從發育到蝌蚪期的非洲蟾蜍的腸道或面板的上皮細胞中取出細胞核，移植到細胞核被紫外線破壞或被在顯微鏡下用微細玻璃管吸出的未受精卵細胞中。在有的情況下，卵細胞停止分裂；而另一些情況下，出現了不正常胚胎，只有大約1％～2％經過細胞核移植的卵細胞可以發育到蝌蚪期。但是這些蝌蚪中極少數能夠發育到成體。這些實驗結果表明，至少部分蝌蚪上皮細胞的細胞核是具有全能性的。
在隨後的幾十年時間內，胚胎學家利用不同的動物(包括牛、羊、鼠等)進行了類似的細胞核移植實驗，但都只有用早期的胚胎細胞中的細胞核才可能得到發育到出生的個體。直到1997年，英國胚胎學家維爾穆特報道了將高度分化了的羊乳腺細胞的細胞核移植到去除了細胞核的卵母細胞(還未成熟的卵細胞)中，並得到了一隻存活的小羊“多莉”。一年以後，另一組科學家報道了將小鼠卵丘細胞(圍繞在卵母細胞外周的高度分化細胞)的細胞核移植到去除了細胞核的卵母細胞中後，得到了20多隻發育完全的小鼠。如果多莉因為只有一隻，還不夠叫做克隆羊的話，這些小鼠就是名副其實的克隆鼠了。下面以小鼠為例簡單說明一下透過細胞核移植克隆哺乳動物的基本過程(圖2)。
3．4 透過細胞核移植克隆小鼠的基本過程 在本實驗中，卵丘細胞是經如下過程得到的：透過連續幾次注射絨毛膜促性腺激素，使雌鼠誘導成高產卵狀態。然後從雌鼠輸卵管中收集卵丘細胞與卵母細胞的複合體。經透明質酸處理使卵丘細胞散開。選擇直徑為10～ 12μm的卵丘細胞用作細胞核供體(前期實驗表明，若用直徑更小或更大的卵丘細胞的細胞核，經過細胞核移植的卵母細胞很少發育到超過8細胞期)。所選擇的卵丘細胞保持在一定的溶液環境中，在3h內進行細胞核移植(與此不同的是，在獲得“多莉”時，用作細胞核供體的乳腺細胞先在培養液中傳代了3～6次)。
卵母細胞(一般處於減數分裂中期Ⅱ)透過與上面描述類似的方法，從不同種的雌鼠中收集。在顯微鏡下小心地用一直徑大約7μm的細管取出卵母細胞的細胞核，儘量不取出細胞質。同樣小心取出卵丘細胞的細胞核，也儘量去除所帶的細胞質(透過使取出的細胞核在玻璃管中往復運動數次，以去除所帶的少量細胞質)。在細胞核被取出後5min之內，直接注射到已經去除了細胞核的卵母細胞中。進行了細胞核移植的卵母細胞先放在一種特製的溶液中1～6h，然後加入二價鍶離子(Sr2+)和細胞分裂抑素B。前者使卵母細胞啟用，後者抑制極體的形成和染色體的排除。再取出處理過的卵母細胞，放在沒有鍶和細胞分裂抑素B的特製溶液中使細胞分裂形成胚胎。
不同階段的胚胎(從2細胞期到胚泡期)被分別植入幾天前與已經結紮雄鼠交配過的假孕母鼠的輸卵管或子宮中發育。發育完全的胎兒鼠在大約19天后透過手術取出。
3．5 動物克隆的意義和展望 用分化的羊乳腺細胞或鼠卵丘細胞的細胞核進行的移植實驗結果表明，哺乳動物已經高度分化的體細胞中遺傳物質沒有發生不可逆變化，在一定條件下(去核卵母細胞中)可以重新啟動其發育程