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1、第二章第二章 细胞工程细胞工程2.2 2.2 动物细胞工程动物细胞工程三、动物体细胞核移植技术和克隆动物三、动物体细胞核移植技术和克隆动物“悟空悟空悟空悟空”拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空喷去，叫一声拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空喷去，叫一声拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空喷去，叫一声拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空喷去，叫一声“变变变变”，即变，即变，即变，即变作三二百个小猴。作三二百个小猴。作三二百个小猴。作三二百个小猴。一、动物细胞核移植一、动物细胞核移植技术理论基础技术理论基础1.1.1.1.概念：概念：概念：概念：动物细胞核移植技术是将动物一个细胞的动物细胞核移植技术是将动物一个细胞的
2、移入移入 ，使这个重新组合的细胞发育成，使这个重新组合的细胞发育成 ，继而发育成，继而发育成 的技术的技术。细胞核细胞核去核的卵母细胞中去核的卵母细胞中新胚胎新胚胎动物个体动物个体动物细胞核的全能性动物细胞核的全能性2.2.2.2.原理原理原理原理：用核移植的方法得到的动物用核移植的方法得到的动物称为克隆称为克隆动物。动物。3.3.3.3.哺乳动物核移植的分类哺乳动物核移植的分类哺乳动物核移植的分类哺乳动物核移植的分类（1 1）胚胎细胞核移植：）胚胎细胞核移植：动物胚胎细胞动物胚胎细胞 ，表现全能性，表现全能性相对相对 。（2 2）体细胞核移植：）体细胞核移植：分化程度低分化程度低容易容易分化
3、程度高分化程度高困难困难高于高于高于高于动物体细胞动物体细胞 ，表现全能性十，表现全能性十分分 ，因此动物体细胞核移植的难，因此动物体细胞核移植的难度明显度明显 胚胎细胞核移植胚胎细胞核移植二、二、动物细胞核移植动物细胞核移植技术过程技术过程通过通过通过通过电融电融电融电融合法合法合法合法使两使两使两使两细胞融合，细胞融合，细胞融合，细胞融合，供体核进供体核进供体核进供体核进入卵母细入卵母细入卵母细入卵母细胞胞胞胞供体细供体细供体细供体细胞培养胞培养胞培养胞培养采集牛卵巢中采集牛卵巢中采集牛卵巢中采集牛卵巢中的卵母细胞，的卵母细胞，的卵母细胞，的卵母细胞，在体外培养到在体外培养到在体外培养到在
4、体外培养到MMMM期期期期通过通过通过通过显显显显微操作微操作微操作微操作去核去核去核去核去核的卵去核的卵去核的卵去核的卵母细胞母细胞母细胞母细胞从供体身从供体身从供体身从供体身体的某一体的某一体的某一体的某一部位上取部位上取部位上取部位上取体细胞体细胞体细胞体细胞高产奶牛高产奶牛高产奶牛高产奶牛（供体供体供体供体）早期胚胎早期胚胎早期胚胎早期胚胎用用用用物理或化学方物理或化学方物理或化学方物理或化学方法激活重构胚法激活重构胚法激活重构胚法激活重构胚，使其完成使其完成使其完成使其完成细胞分细胞分细胞分细胞分裂和发育裂和发育裂和发育裂和发育过程过程过程过程重构胚重构胚重构胚重构胚将将将将胚胎移入
5、胚胎移入胚胎移入胚胎移入受体受体受体受体（代孕）（代孕）（代孕）（代孕）母牛体内母牛体内母牛体内母牛体内生出生出生出生出与供体奶牛遗传与供体奶牛遗传与供体奶牛遗传与供体奶牛遗传物质基本相同物质基本相同物质基本相同物质基本相同的犊牛的犊牛的犊牛的犊牛思考：思考：1.1.核移植的受体细胞是什么？处在什么时期？用此细胞作为受核移植的受体细胞是什么？处在什么时期？用此细胞作为受体细胞有什么好处？体细胞有什么好处？MM中期卵母细胞中期卵母细胞含有激活体细胞核全能性表达的物质和含有激活体细胞核全能性表达的物质和营养条件营养条件（如如促成熟促成熟因子（因子（MPFMPF）-其水平高低可影响供体染色质的状态和
6、其水平高低可影响供体染色质的状态和复制复制）；卵母细胞体积大，便于卵母细胞体积大，便于操作操作（去核去核时同时吸走时同时吸走第一极体）第一极体）；含有营养物质丰富，提供早期胚胎发育所需的营养含有营养物质丰富，提供早期胚胎发育所需的营养次级卵母细胞次级卵母细胞次级卵母细胞次级卵母细胞第一极体第一极体第一极体第一极体2 2.为什么不是取供体细胞核进行核移植操作，而是将供体细胞为什么不是取供体细胞核进行核移植操作，而是将供体细胞整个注入去核卵母细胞中整个注入去核卵母细胞中？保证保证供核不被破坏，使克隆动物更像供体动物，操作也方便。供核不被破坏，使克隆动物更像供体动物，操作也方便。3.3.用于用于核移
7、植的供体细胞一般都选用传代核移植的供体细胞一般都选用传代1010代以内的细胞，想代以内的细胞，想一想，这是为什么？一想，这是为什么？1010代以内的细胞一般保持正常二倍体的核型，未发生代以内的细胞一般保持正常二倍体的核型，未发生突变。突变。诱导方法：诱导方法：物理或化学物理或化学方法（方法（如如电刺激、电刺激、CaCa2+2+载体、乙醇和蛋载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂白酶合成抑制剂等）等）激活激活受体细胞，完成细胞分裂和发育进程受体细胞，完成细胞分裂和发育进程。5.5.通过什么手段激活受体细胞，构建重组胚胎？通过什么手段激活受体细胞，构建重组胚胎？4.4.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前
8、在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？去掉受体卵母细胞的核？为使核移植动物的遗传物质全部来自有利用价值的动物提供为使核移植动物的遗传物质全部来自有利用价值的动物提供的细胞。的细胞。6.6.体细胞体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细胞供体动物进行核移植方法生产的克隆动物是对体细胞供体动物进行了了100%100%的复制吗？为什么？的复制吗？为什么？此外此外，即便动物的，即便动物的遗传基础完全相同，遗传基础完全相同，但由于动物的发育及一但由于动物的发育及一些行为、习性的形成与些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，所处环境有很大关系，克隆动物所克隆
9、动物所生活生活的环境与核供体动物生活的环境的环境与核供体动物生活的环境不会完全相同，所以从这一角不会完全相同，所以从这一角度看，克隆动物也不是对核供体动物进行度看，克隆动物也不是对核供体动物进行100%100%的复制。的复制。克隆动物克隆动物绝大部分绝大部分DNADNA来自来自体细胞供体（核供体）动物的细胞体细胞供体（核供体）动物的细胞核，但其细胞核外的核，但其细胞核外的DNADNA，即线粒体中的，即线粒体中的DNADNA同时来自核供体同时来自核供体细胞和受体卵母细胞。细胞和受体卵母细胞。所以，用教材中所述的方法克隆动物不所以，用教材中所述的方法克隆动物不是对核供体动物进行完全相同的复制。是对
10、核供体动物进行完全相同的复制。7.7.该过程用到哪些技术手段该过程用到哪些技术手段？克隆动物的繁殖方式？克隆动物的繁殖方式？动物细胞培养、核移植、早期胚胎培养、胚胎移植动物细胞培养、核移植、早期胚胎培养、胚胎移植无性生殖。无性生殖。8.8.体细胞核移植技术与诱导体细胞核移植技术与诱导iPSiPS细胞相比，有什么相似或不同之细胞相比，有什么相似或不同之处？请你预测它们应用前景的差异。处？请你预测它们应用前景的差异。相似之处：相似之处：二者都是对体细胞进行操作，且都需要结合二者都是对体细胞进行操作，且都需要结合动物动物细胞培养技术细胞培养技术才能实现，体细胞核移植技术获得的重构胚和才能实现，体细胞
11、核移植技术获得的重构胚和iPSiPS细胞细胞都具有发育的全能性，都具有发育的全能性，诱导分化形成的细胞、组织、器官诱导分化形成的细胞、组织、器官移植给患者时移植给患者时都可以避免免疫排斥反应。都可以避免免疫排斥反应。不同之处不同之处:在于体细胞核移植需要对体细胞进行在于体细胞核移植需要对体细胞进行去核操作，去核操作，诱诱导导iPSiPS细胞需要细胞需要借助载体将特定基因导入细胞。借助载体将特定基因导入细胞。体细胞核移植技体细胞核移植技术主要术主要应用于畜牧生产获得克隆动物、医药卫生领域治疗人类应用于畜牧生产获得克隆动物、医药卫生领域治疗人类疾病；诱导疾病；诱导iPSiPS细胞除用于治疗人类疾病
12、外，也可用于体细胞编细胞除用于治疗人类疾病外，也可用于体细胞编程机理、细胞再生机理等的研究。程机理、细胞再生机理等的研究。三、体细胞三、体细胞核移植技术核移植技术的应用前景的应用前景及存在的问题及存在的问题1.1.在在畜牧业畜牧业中中加速家畜加速家畜遗传改良进程遗传改良进程、促进、促进优良畜群繁育优良畜群繁育2.2.在在医药卫生医药卫生领域：领域：通过建立通过建立转基因转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育的转体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育的转基因克隆动物可以作为基因克隆动物可以作为生物反应器生物反应器，生产生产许多珍贵的许多珍贵的医用蛋白医用蛋白；在在治疗人类疾病时治疗人类疾病时，
13、转基因克隆动物的细胞、组织或器官可，转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为以作为异种移植的供体异种移植的供体；以患者作为供体培育的人核移植以患者作为供体培育的人核移植胚胚胎干细胞胎干细胞，经过诱导分化能形成相应，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们一直给的细胞、组织或器官，将它们一直给患者时可以患者时可以避免免疫排斥反应避免免疫排斥反应。3.3.在在科研科研领域：领域：研究克隆动物可以使人类更深入地了解研究克隆动物可以使人类更深入地了解胚胎胚胎发育发育及及衰老过程衰老过程；克隆一批克隆一批遗传背景相同遗传背景相同的动物，可以通过它们的动物，可以通过它们之间的对比来分析之间的对比来
14、分析致病基因致病基因；克隆特定克隆特定疾病模型疾病模型的动物，还能为研的动物，还能为研究该疾病的究该疾病的致病机制致病机制和和开发相应的药物开发相应的药物提供帮助。提供帮助。（4 4）在保护）在保护濒危物种方面濒危物种方面：该技术有该技术有望增加濒危物种的存货数量望增加濒危物种的存货数量。4.4.存在存在的问题的问题成功率非常低成功率非常低，各个技术环节也有待进一步改进；，各个技术环节也有待进一步改进；核移植的核移植的理论研究较为滞后理论研究较为滞后，需要与发育生物学、细胞生物，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；学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合
15、；一些研究者指出，一些研究者指出，绝大多数克隆动物存在健康问题绝大多数克隆动物存在健康问题，许多克，许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷，如体型过大、异常肥胖、发育隆动物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。困难、脏器缺陷和免疫失调等。如如图是克隆羊的培育流程图，相关说法错误的是（图是克隆羊的培育流程图，相关说法错误的是（）A A卵母细胞可以从屠宰场收集，并在体外培养到减卵母细胞可以从屠宰场收集，并在体外培养到减中期中期B B从供体羊中取上皮细胞需要用胰蛋白酶进行处理从供体羊中取上皮细胞需要用胰蛋白酶进行处理C C在显微镜下用微型吸管将卵母细胞中的染色体在显微镜下用微型吸管将卵母细胞中的染色体-纺锤体复纺锤体复合物吸出合物吸出D D上皮细胞细胞核进入卵母细胞后即可自行发育成胚胎上皮细胞细胞核进入卵母细胞后即可自行发育成胚胎D