如果说突变研究使我们更多地了解了变异、变异的产生、变异的本质和变异的后果，那么体细胞融合现象的发现和利用，则为基因组和基因集合之间遗传信息的交换、重组与分离创造了条件，扩大了形成新的基因组合的能力，为体细胞遗传学提供了强有力的分析手段。可以说融合现象的发现是体细胞遗传学发展的一个转折点。
1960年，法国古斯塔夫·鲁西（Gustave Roussy）研究所的巴尔斯基、索里尔（S.Sorieul）和科纳费尔（F.Cornefert）最先观察到体细胞融合现象。他们将形态和染色体结构不相同的两种小鼠肿瘤细胞混合在一起培养几个月后，发现培养物中的极少数细胞具有新的形态和包含着两种肿瘤细胞的染色体的细胞核。实际上这就是杂种细胞。接着，巴尔斯基分离纯化了第一批杂种细胞株，并获得继代成功。此后，他们又得到了由不同的细胞系杂交而成的体细胞杂种。研究表明这些杂种细胞有两种特点：一是具有双亲的遗传特征，即杂种细胞的两套遗传物质都表达了功能；二是随着增殖继代杂种细胞会渐渐丢失一些染色体，这种染色体丢失是随机的，因此有可能得到多种染色体组合不同的杂种细胞。实验还表明，细胞的融合率在自然条件下是极低的，巴尔斯基之所以能选出杂种细胞，是因为在他研究的系统中，某种组合的杂种细胞具有选择优势，比两种亲本细胞生长和增殖都要快。即使如此，积累和分离杂种细胞也花费了几个月之久。要是杂种细胞没有选择优势，在混合培养物中等待杂种细胞的出现将无异于“守株待兔”。
1964年，美国哈佛医学院的利特菲尔德（J.W.Littlefield）设计了一种选择亲本细胞群中杂种细胞的方法，这就是有名的HAT选择法。HAT是一种特殊的选择培养基的名称，它含有次黄嘌呤 （hypoxanthine，H）、甲氨蝶呤（aminopterin，A）和胸腺嘧 啶（thymidine，T）。 HAT选择法的原理如图6-5a。哺乳动物细胞除了能通过生物合成产生代谢必需的核苷酸外，还能通过一种“救援路径（salvage pathway）”直接利用外源核苷酸。这条救援路径的关键酶是次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase，HPRT）和胸苷激酶（thymidine kinase，TK）。如果先用甲氨蝶呤阻断细胞中嘌呤和嘧啶的生物合成，再利用融合中双亲细胞的缺陷突变HPRTˉ和TKˉ,使杂交后恢复了这两个关键酶功能的杂种细胞能在HAT培养基上生长，而亲本细胞均因酶缺陷而被杀死。
利特菲尔德利用HAT选择系统推算出细胞的自发融合率约为5×10-6。不久，埃弗吕西等又设计了半选择法（half-selective system），它只要求一个亲本细胞是缺陷突变，另一个可以是野生型的。例如，将100个野生型细胞和106缺陷突变细胞混合培养做融合实验，然后移至HAT培养基上。这时缺陷突变细胞（亲本中的绝大多数）会退化消失，只有极少数野生型亲本克隆和杂种细胞克隆出现。再借助两种克隆的形态和染色体组分不同而选出杂种细胞。埃弗吕西等将半选择法用于同种动物的不同细胞株系间的融合实验，也用于种间细胞间的融合，包括人细胞和各种啮齿类动物细胞的融合。
图6-5 利用HAT系统选择体细胞杂交后代的实验示意
（a）HAT选择系统的分子原理（改自赵寿元等）；（b）细胞杂交过程示意（改自L.H.Thompson）图中黑色箭头表示常规合成途径，蓝色箭头表示救援合成途径。
遗传分析的一个必不可少的条件是等位基因不相同的细胞之间的杂交和分离，然而要在体细胞群体中，诱发和选择给定基因的突变要比细菌群体困难得多，种间细胞杂交则在一定程度上克服了这一困难。在生物演化过程中，不同的生物会产生一些结构稍有歧异的同工酶，这种结构歧异可用电泳或其他方法来识别和区分。所以，种间杂种细胞可以提供许多可供区别的酶标记，最常用的标记酶是乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶和β葡糖苷酸酶等。
种间杂种细胞的染色体丢失现象比种内杂种细胞更甚。埃弗吕西等发现小鼠和大鼠细胞杂交后，大鼠细胞的染色体会优先丢失，仓鼠和小鼠的细胞杂种优先丢失的是小鼠染色体。1967年，美国纽约大学医学院的韦斯（M.C.Weiss）和格林（H.Green）成功地进行了人细胞和小鼠细胞的杂交，发现杂种细胞的形态与小鼠细胞非常相像。核型分析表明杂种细胞保留了小鼠细胞的全部染色体，而人的染色体只保留了46个中的2～15个。显然，人和小鼠杂种细胞一旦形成就会较快地丢失人源染色体。随着培养时间的延长，丢失的人源染色体越来越多，有些杂种细胞在经过100个倍增世代后只剩下小鼠染色体，而有些则保留了仅有的一个或两个人源染色体。正是这一特性使人和小鼠的杂种细胞很快成了人类遗传学研究的重要工具。
在增加细胞融合率方面，值得一提的是日本大阪大学的冈田善雄等在1963年发现副流感病毒仙台株（又称仙台病毒）能使悬浮的动物细胞聚集成团发生融合。在冈田善雄发现的启示下，牛津大学的哈里斯和沃特金斯在1965年开始用紫外线灭活的仙台病毒来融合各种不同类型的细胞，使细胞的融合率提高100～1 000倍，并扩大了做融合实验的细胞种类（图6-6）。1975年，蓬泰科尔沃（G.Pontecorvo）发现聚乙二醇（polyethyleneglycol，PEG）是一种有效的化学融合剂，可用于规模较大的融合研究。
图6-6 细胞融合和杂种细胞选择、克隆形成过程示意/HAT选择法示意（引自F.H.Ruddle和R.S.Kucherlapati）
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