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第3课时
Animal cell engineering
动物细胞工程
Animal somatic cell nuclear transfer technique and cloned animals
动物体细胞核移植技术和克隆动物
一
动物细胞核移植技术
Nuclear transfer technique of animal cells
二
体细胞核移植的过程
The process of somatic cell nuclear transfer
三
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
Application prospect and existing problems of somatic cell nuclear transplantation technology
四
习题巩固
Exercise consolidation
Contents
目录
一
Nuclear transfer technique of animal cells
动物细胞核移植技术
2017年，中国的科学家利用“动物体细胞核移植技术”将这一幕变成了现实。
灰绿色
“（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（cù）。”这是《西游记》中的一段描述，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？
中华先贤的奇思妙想：
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。自1996年首个体细胞克隆动物多莉羊诞生以来，人类已经成功克隆了马、牛和猪等大型家畜，但为什么体细胞克隆猴的诞生能轰动世界呢
Problems discussed
问题探讨
1.克隆猴的过程中最大的困难是什么？
最大的困难是如何才能激发动物细胞表达其全能性。
2.由于植物细胞具有全能性，所以可以直接利用其体细胞培育
出克隆植物。可以直接利用动物细胞培育出克隆动物吗？
不能。因为动物细胞的全能性受到限制，不能经培养直接发育成完整个体，所以动物通过体细胞核移植技术得到克隆动物。
1.概念：
2.原理：
3.种类：
将动物一个细胞的______移入___________中，使这个_____________发育成_______，继而发育成________的技术。
细胞核
去核的卵母细胞
重新组合的细胞
新胚胎
动物个体
用核移植的方法得到的动物称为 。
克隆动物
卵母细胞
动物细胞
取核
去核
移入
重组细胞
发育
新胚胎
发育
克隆动物
动物细胞核的全能性
胚胎细胞核移植：
体细胞核移植：
细胞分化程度 ，
表现全能性 ；
细胞分化程度 ，
表现全能性 。
低
相对容易
高
十分困难
动物体细胞核移植的难度明显_____胚胎细胞核移植
高于
Animal nuclear transfer techniques
动物细胞核移植技术
卵母细胞
动物细胞
取核
去核
移入
重组细胞
发育
新胚胎
发育
克隆动物
Animal nuclear transfer techniques
动物细胞核移植技术
提供一个细胞的细胞核的动物称为______；去核的卵母细胞称为______。
供体
受体
无性生殖
4.生殖方式：
Animal nuclear transfer techniques
动物细胞核移植技术
5.非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因：
①供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其 前
的功能状态，这导致了 ；
胚胎发育率低
②对非人灵长类动物 进行操作的技术尚不完善。
胚胎
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。
我国科学家经过多年努力，攻克了这些障碍，终于成功获得了体细胞克隆猴。
“多莉”是世界上第一例经体细胞核移植出生的动物。这一巨大进展证明了分化了的动物细胞核具有全能性。
细胞核移植
早期胚胎
卵裂……
胚胎移植
C母绵羊子宫
多莉羊
分娩
妊娠
Ｂ母绵羊
乳腺细胞
细胞核
卵细胞
Ａ母绵羊
细胞质
融合后的卵细胞
小羊长得像谁？
“多莉”羊的三个母亲？
二
The process of somatic cell nuclear transfer
体细胞核移植的过程
体细胞核移植的过程——以体细胞克隆牛为例
①收集牛卵巢，采集卵母细胞
③供体细胞的选择和培养
②显微操作去核
④将供体细胞注入去核卵母细胞
⑤通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚
⑦分娩获得克隆动物
高产奶牛（供体）
⑥将胚胎植入受体
取供供体体细胞进行培养
生出与供体遗传物质基本相同的犊牛
Process of somatic cell nuclear transfer——Oocyte selection
体细胞核移植的过程——卵母细胞选择
体积大、营养多、容易操作；
营养物质丰富，为发育提供充足营养
含有促使细胞核表达全能性的物质
高产奶牛(供体)
因为10代以内的细胞
保证了供体细胞正常的遗传基础。
为何选用MⅡ卵母细胞
问
一般选用10代以内的细胞，为什么？
问
采集卵母细胞，体外培养至MⅡ期
Process of somatic cell nuclear transfer——Oocyte selection
体细胞核移植的过程——卵母细胞选择
通过显微操作去核
梯度离心
紫外光短时间照射
化学物质处理
使DNA变性失活，达到去核的目的。
没有刺破卵母细胞膜，对卵母细胞伤害小。
纺锤体——染色体复合物
卵母细胞去核的原因是什么？方法是什么？
问
为使核移植动物的核遗传物质全部来自供体的细胞；
并防止细胞染色体的数量发生变化
方法：显微操作法
Process of somatic cell nuclear transfer——Oocyte selection
体细胞核移植的过程——卵母细胞选择
将供体细胞注射入去核的卵母细胞
将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因？
问
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。
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚。
重构胚是指人工重新构建的胚胎，具有发育成完成个体的能力。
什么是重构胚？处理重构胚的目的是什么？
问
用物理或化学方法（电刺激、Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等）激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程
将胚胎移入受体
(代孕)母牛体内
Process of somatic cell nuclear transfer——Activation of reconstructed embryos and embryo transfer
体细胞核移植的过程——重构胚胎的激活、胚胎移植
Process of somatic cell nuclear transfer——Childbirth gives birth to cloned animals
体细胞核移植的过程——分娩获得克隆动物
将胚胎移入受体(代孕)母牛体内
出生与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
新生个体的细胞质基因一部分来自去核卵母细胞，
一般分来自供体细胞。
Nuclear transfer technique of animal cells
体细胞核移植技术
重构胚
克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？
为什么？
问
克隆动物遗传物质
细胞核的DNA
来自于供体动物的细胞核
线粒体中的DNA
供体细胞和卵母细胞
生活环境：
性状
可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异
出生与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
Process of somatic cell nuclear transfer
体细胞核移植的过程
细胞培养
MII期去核
细胞融合
激活重构胚
取供体细胞
采集卵母细胞
供体细胞
去核卵母细胞
重构胚胎
早期胚胎
将胚胎移入受体（代孕）母牛体内
将供体细胞注入去核的卵母细胞
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
动物细胞培养
动物细胞核移植
早期胚胎培养
胚胎移植
1.繁殖方式：
无性繁殖
2.原理：
动物细胞核的全能性
动物细胞融合
为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？
克隆（Clone）技术：
在生物学上包含分子、细胞、个体3个层次，即分子克隆、细胞克隆、个体克隆。
是一个很广的概念，凡指新形成的事、物与亲本一致的现象均可称为“克隆”。
单克隆抗体技术、
PCR技术
动物细胞培养技术
植物细胞培养技术
植物组织培养技术
核移植技术
拓展
三
Application prospect and existing problems of somatic cell nuclear transplantation technology
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
Application prospect and existing problems of somatic cell nuclear transfer
应用前景
（1）在畜牧生产中
加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育
（2）在医药卫生领域：
①建立转基因体细胞系，再利用此技术培育的转基因克隆动物
可作为生物反应器生产珍贵的医用蛋白。
②治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官，
可作为异种移植的供体。
③患者的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，能形成相应的细胞、
组织或器官可用于移植以避免免疫排斥反应。
治疗性克隆
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
Application prospect and existing problems of somatic cell nuclear transfer
治疗性克隆与iPS细胞治疗
Therapeutic cloning and iPS cell therapy
病人
取核
去核卵母细胞
重构胚胎
各种细胞组织或器官
诱导
取出
体细胞
核移植
移植
成纤维细胞
取出
转入相关因子
iPS细胞
各种细胞组织或器官
胚胎干细胞
取出
诱导
移植
治疗性克隆
iPS细胞治疗
细胞发生转化
Problems related to somatic cell nuclear transfer
有关体细胞核移植的问题
1.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？
请你预测它们应用前景的差异。
利用体细胞核移植技术和诱导 iPS 细胞都能生成干细胞，但它们的过程是完全不同的。
①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。
Problems related to somatic cell nuclear transfer
有关体细胞核移植的问题
②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成功率就越低；可诱导成为 iPS 细胞的细胞来源相对广一些，研究表明成纤维细胞、
B 淋巴细胞、脂肪干细胞等都可以诱导成为 iPS 细胞。
③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。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、 DNA 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。
（3）在科研领域：
①研究克隆动物可以使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程；
②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来
分析致病基因；
③克隆特定疾病模型的动物，还能为
研究该疾病的致病机制和开发相应
的药物提供帮助。
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
Application prospect and existing problems of somatic cell nuclear transfer
（4）在保护濒危物种方面：
该技术有望增加濒危物种的存活数量（不能提高生物多样性）
黑草黄弄蝶
白鳍豚
金丝猴
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
Application prospect and existing problems of somatic cell nuclear transfer
存在问题
（1）该技术的成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。
（2）相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后，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。
（3）绝大多数克隆动物存在健康问题，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。
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
Application prospect and existing problems of somatic cell nuclear transfer
用物理或化学方法激活重构胚
通过显微操作去核
四
Exercise consolidation
习题巩固
判断正误
(1)克隆动物的制备体现了动物细胞的全能性(　　)
(2)克隆动物的遗传物质全部来自供体细胞(　　)
(3)减数分裂Ⅱ中期卵母细胞中的“核”其实是纺锤体—染色体复合物
(　　)
(4)重构胚具有发育成完整个体的能力(　　)
×
√
×
√
identify true or false
习题巩固
Exercise consolidation
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 .将野驴的基因导人家驴的受精卵中，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
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。
习题巩固
Exercise consolidation
据图分析下列叙述错误的是 ( )
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
C
习题巩固
Exercise consolidation
3.科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛，如果要加速转基因奶牛的繁育，可以对此转基因奶牛进行克隆(如图所示)。请结合图示回答下列相关问题：
(1)在进行细胞培养之前，要对取自转基因奶牛的组织细胞进行分散处理，形成单个细胞，这个过程中需要利用____________________酶处理。
胰蛋白(或胶原蛋白)
(2)在进行原代培养时，细胞增殖的方式是__________。
(3)将进行培养的供体细胞注入去核的卵母细胞中，去除卵母细胞的细胞核的目的是_________________________________________________。
(4)将重组细胞在培养液中培养成的重构胚移入受体母牛后，该母牛就会生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛，但也不是100%的复制，原因最可能是__________________________________________。
有丝分裂
使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞
生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制；生物的
性状还受环境因素的影响
(5)上述过程中涉及的动物细胞工程技术有_____________________________。
转基因奶牛克隆成功，说明了动物________________具有全能性。
动物细胞核移植、动物细胞培养
体细胞的细胞核
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