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1、第2章 细胞工程第3节 动物体细胞核移植技术和克隆动物 西游记中的一段描述“悟空”拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空喷去，叫一声“变”，即变作三二百个小猴，周围攒簇。”问题：西游记中的这段描述，展示了中华先贤的想象力。毫毛来自体细胞，我们能用体细胞变出猴来吗？课堂导入：2017年11月27日，世界上首个体细胞克隆猴“中中”在中国科学院神经科学研究所（上海）、脑科学与智能技术卓越创新中心的非人灵长类平台诞生（苏州）；12月5日第二个克隆猴“华华”诞生。克隆是无性繁殖，是指一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的DNA分子、细胞或个体什么是克隆？在生物学上包含分子、细胞、个体在生
2、物学上包含分子、细胞、个体3个层次，即个层次，即分子克隆分子克隆、细胞克隆细胞克隆、个体个体克隆克隆。植物组织培养技术植物组织培养技术核移植技术核移植技术动物细胞培养技术动物细胞培养技术植物细胞培养技术植物细胞培养技术单克隆抗体技术、单克隆抗体技术、PCR技术技术一、动物细胞核移植 将动物一个细胞的将动物一个细胞的_移入移入_中，使这中，使这个个_发育成发育成_，继而发育成，继而发育成_的技的技术，称为术，称为动物体细胞核移植技术。动物体细胞核移植技术。1.概念：概念：细胞核细胞核去核的卵母细胞去核的卵母细胞重新组合的细胞重新组合的细胞新胚胎新胚胎动物个体动物个体用动物体细胞核移植技术得到的动
3、物称为用动物体细胞核移植技术得到的动物称为克隆动物克隆动物。2.原理：原理：动物细胞核的全能性。动物细胞核的全能性。3.类型：类型：胚胎细胞核移植：胚胎细胞核移植：胚胎细胞分化程度胚胎细胞分化程度_，表现全能性，表现全能性_低低相对容易相对容易体细胞核移植：体细胞核移植：动物体细胞分化程度动物体细胞分化程度_，表现全能性，表现全能性_高高十分困难十分困难因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植4.非人灵长类非人灵长类动物体细胞核移植的动物体细胞核移植的困难困难原因原因供体供体细胞的细胞核在细胞的细胞核在去核卵母细胞中去核卵母细胞中不能完全
4、恢复其不能完全恢复其_前前的的功能状态，这导致了功能状态，这导致了_；胚胎发育率低胚胎发育率低对非人灵长类动物对非人灵长类动物_进行操作的技术尚不完善。进行操作的技术尚不完善。胚胎胚胎分化分化非人灵长类动物：具有许多与人类相似的生物学特征的灵长类动物非人灵长类动物：具有许多与人类相似的生物学特征的灵长类动物我国科学家经过多年努我国科学家经过多年努力，攻克了这些障碍，力，攻克了这些障碍，终于成功获得了世界上终于成功获得了世界上首例体细胞克隆猴。首例体细胞克隆猴。“多莉多莉”是世界上是世界上第一例第一例经体细胞核经体细胞核移植出生的动物。这一巨大进展证明了分移植出生的动物。这一巨大进展证明了分化了
5、的化了的动物细胞核动物细胞核具有全能性具有全能性我国科学家经过多年努力，攻克了这些障碍，终于成功我国科学家经过多年努力，攻克了这些障碍，终于成功获得了世界上获得了世界上首例体细胞克隆猴首例体细胞克隆猴。一、动物体细胞核移植技术一、动物体细胞核移植技术受体细胞：受体细胞：MM中中期的卵母细胞期的卵母细胞5.动物体细胞核移植的过程：（1）材料：供体细胞一般选优良动物的传代10代以内的细胞。（正常遗传物质）受体细胞一般为减数分裂中期（M期）的次级卵母细胞。其细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质；卵母细胞体积大，易操作；卵母细胞营养物质丰富。选择M期卵母细胞的原因：一、动物体细胞核移植技术采集卵母细
6、胞，在体外培养到M期高产奶牛(供体)去核：显微操作取体细胞2）卵母细胞卵母细胞为什么要为什么要“去核去核”？（P53P53页）页）原因：原因：保证核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自供体细胞。去核的卵母细胞供体细胞（2）（克隆高产奶牛）体细胞核移植过程：去核的卵母细胞供体细胞将供体细胞注入去核的卵母细胞的透明带3）将将整个整个供体细胞供体细胞注入卵母细胞中注入卵母细胞中有何有何优点？优点？优点：优点：对卵母细胞损伤较小；保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便。电融合法4）激活重构胚目的是？激活重构胚目的是？目的：目的：激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程。激活方法：物理方法；化学方法重构胚
7、早期胚胎（2）（克隆高产奶牛）体细胞核移植过程：(代孕)母牛体内生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛5）动物体细胞核移植技术证明了？动物体细胞核移植技术证明了？（原理）（原理）该技术证明了：该技术证明了：已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。克隆动物6）从遗传物质的角度来分析，克隆动物是克隆动物是对体细胞对体细胞供体供体动物进行了动物进行了100%100%的复制吗的复制吗？克隆动物细胞核的遗传物质来自供体动物，但细胞质中的遗传物质同时来自供体细胞和受体卵母细胞；早期胚胎（2）（克隆高产奶牛）体细胞核移植过程：7.7.该过程用到哪些技术手段？该过程用到哪些技术手段？一、动物体细胞核移植技术一、动
8、物体细胞核移植技术重构胚早期胚胎电融合法用物理或 化学方法激活重构胚，使其完成 细胞分裂和发育将胚胎移入受体（代孕）母牛体内采集牛卵巢中的卵母细胞，在体外培养到M期去核的卵母细胞供体细胞培养供体细胞注入去核的卵母细胞显微操作去核高产奶牛（供体）取体细胞生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛早期胚胎培养动物细胞培养胚胎移植动物细胞核移植动物细胞核移植、动物细胞核移植、动物细胞培养、动物细胞培养、动物细胞融合、动物细胞融合、早期胚胎培养、早期胚胎培养、胚胎移植。胚胎移植。1、在将体细胞的细胞核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对卵母细胞进行去核操作？为使核移植动物的核遗传物质全部来自供体的细胞防止细胞
9、染色体的数量发生变化思考.讨论2、用上述体细胞核移植技术培养的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？性别与供体相同，基因大部分相同；表现型不一定相同含有去核卵母细胞的细胞质DNA（线粒体)培育过程中可能出现基因突变、染色体变异表现型=基因型+环境的共同作用思考.讨论3、体细胞核移植技术与诱导iPS细胞相比，有什么相似或不同之处？都能生成干细胞，但过程不同 通过体细胞核移植技术可以生成带有供体细胞核遗传物质的胚胎干细胞；诱导iPS细胞需要在细胞中表达几个关键基因，将细胞逆转到类似胚胎干细胞的状态。体细胞核移植技术对核供体细胞有较高要求，可诱导成为iPS细胞的细胞来源相对广些，研究表
10、明成纤维细胞、B淋巴细胞、脂肪干细胞等都可以诱导成为iPS细胞。体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作；诱导iPS细胞的技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践。思考.讨论3.3.体体细胞核移植技胞核移植技术与与诱导iPSiPS细胞相比，有什么相似或不同之胞相比，有什么相似或不同之处？请你你预测它它们应用前景的差异。用前景的差异。利用体细胞核移植技术和诱导利用体细胞核移植技术和诱导iPSiPS细胞细胞都能生成干细胞都能生成干细胞，但它们，但它们的的过程是完全不同过程是完全不同的。的。通过体细胞核移植技术可以生成带有核供体细胞遗传物质的胚通过体细胞核移植技术可以生成带有核供体细
11、胞遗传物质的胚胎干细胞胎干细胞；诱导诱导iPSiPS细胞需要在细胞中表达几个关键基因，将细胞逆细胞需要在细胞中表达几个关键基因，将细胞逆转到类似胚胎干细胞的状态转到类似胚胎干细胞的状态。体细胞核移植技术对核供体细胞有较体细胞核移植技术对核供体细胞有较高要求，一般情况下体细胞的分化程度越高，它重编程为干细胞的高要求，一般情况下体细胞的分化程度越高，它重编程为干细胞的成功率就越低成功率就越低；可诱导成为可诱导成为i iPSPS细胞的细胞来源相对广些，研究表明细胞的细胞来源相对广些，研究表明成纤维细胞、成纤维细胞、B B淋巴细胞、脂肪干细胞等都可以诱导成为淋巴细胞、脂肪干细胞等都可以诱导成为i iP
12、SPS细胞细胞。体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作；诱导诱导i iPSPS细胞的技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践细胞的技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践。目前科学家还在研究由这两种技术生成的干细胞在基因表达、目前科学家还在研究由这两种技术生成的干细胞在基因表达、DNADNA甲基化等方面的差异，这些研究成果也将直接影响它们今后的应用。甲基化等方面的差异，这些研究成果也将直接影响它们今后的应用。易错易错提醒：提醒：(1)诱导动物细胞融合常用的方法有：PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法；激活重构胚的常用方
13、法有电刺激、Ca2载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等。(2)克隆动物技术属于无性繁殖技术。(3)动物体细胞核移植的原理是细胞核的全能性，而不是动物细胞的全能性。(4)核移植技术中的供体是提供细胞核的动物个体；受体是代孕的雌性动物个体，而非提供去核卵母细胞的动物个体。(5)动物体细胞核移植过程中，涉及的技术手段不仅有核移植技术，还有动物细胞融合技术、动物细胞培养技术，以及早期胚胎培养技术和胚胎移植技术等。保护濒危物种，增加存活数量克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白畜牧畜牧生产生产医药医药卫生卫生科学科学研究研究保护保护物种物种加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育研究克隆动物可深入了解胚胎发育及衰
14、老过程如乳腺生物反应器克隆动物乳汁中含有人抗胰蛋白酶二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题1.应用前景：2 2、动物体细胞核移植技术存在的问题、动物体细胞核移植技术存在的问题（1 1）该技术的）该技术的成功率非常低成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。各个技术环节有待进一步改进。（2 2）相对于技术研究，核移植的）相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后理论研究较为滞后，需要与发育生物，需要与发育生物 学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合。学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合。（3 3）绝大多数克隆动物）绝大多数克隆动物存在健康问题，存在健康问题
15、，表现出遗传和生理缺陷，如体表现出遗传和生理缺陷，如体 型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。一、概念检测1.假设世界上最后一头野驴刚死亡，以下使它“复生”的方案中可行的是()A.将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育出新个体 B.将野驴的体细胞取出，利用组织培养培育出新个体C.将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养培育出新个体 D.将野驴的体细胞核移植到家驴的去核卵母细胞中，经孕育培育出新个体D练习与应用A.该技术涉及动物细胞培养、细胞核移植等操作 B.该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代 C.卵母细胞捐献者携带的红绿色盲基因
16、能够遗传给“三亲婴儿”D.“三亲婴儿”同时拥有自己父亲、母亲及卵母细胞捐献者的部分基因2.2017年，某国批准了首例使用细胞核移植技术培育“三亲婴儿”的申请。其培育过程可选用如下技术路线。据图分析下列叙述错误的是()C练习与应用3、下图为哺乳动物(羊)的生殖过程示意图,下列叙述错误的是()A.个体为克隆动物,细胞c为高度分化的体细胞B.个体的遗传性状与提供细胞c的羊不完全相同C.产生动物个体与动物个体的生殖方式是不同的D.细胞e为完成减数分裂的卵细胞能力提升D练习与应用拓展应用 1.提示：是否赞成克隆大熊猫,学生的回答只要言之有理,就应该予以支持,并且还应该让他们认识到无论赞成还是反对克隆大熊猫的研究,都应该保护好大熊猫的生存环境,否则即使成功克隆了大熊猫,它们没有适宜的生存环境,也可能走向灭绝。2.提示：在学生搜集证据的过程中，要提示他们注意证据的来源及其真实性和可靠性，进一步引导学生认识到虽然目前对克隆动物的早衰问题存在争论，但这样的争论有利于人类进一步了解生命现象，也有利于克隆技术更好地应用于医疗、农牧业等领域。