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(共29张PPT)
第2章 细胞工程
2.2.3 动物细胞工程
学习目标
什么是动物细胞核移植
掌握动物体细胞核移植的基本过程
了解该技术的应用前景及存在问题
应用到的技术？
原理？
细胞膜具有一定的流动性
多种杂交细胞及未融合的细胞
小鼠骨髓瘤细胞
多种B淋巴细胞
给小鼠注射特定抗原
诱导 融合
提取
第一次筛选
用特定的选择性培养基
第二次筛选
足够数量的能产生所需抗体的杂交瘤细胞
注射到小鼠腹腔
体外培养
大量单克隆抗体
杂交瘤细胞
（既能迅速大量增殖，又能产生抗体）
（能产生抗体）
（能无限增殖）
从腹水中提取
从培养液中提取
克隆化培养、抗体检测
（进行多次筛选）
动物细胞融合
动物细胞培养
细胞增殖
单克隆抗体制备过程
回顾克隆羊“多莉”的诞生过程
“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
融合后的细胞
“（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。”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”出一群猴吗？
2017年，中国的科学家将这一幕变成了现实，
他们利用体细胞核移植技术成功克隆出两只猕猴
“中中”和“华华”。
核移植相当于孙悟空的“魔法”
问题探讨
课本P52
动物细胞核移植技术
课本P52
1.概念：
将动物的一个细胞的_______，移入________________中，使这个重新组合的细胞发育成_______，继而发育成__________的技术
用核移植的方法得到的动物称为克隆动物
思考：为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？
克隆技术是一很广的概念,凡指新形成的事、物与亲本一致的现象均可称为“克隆”
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
DNA复制
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
动物核移植技术
细胞核
去核的卵母细胞
新胚胎
动物个体
动物细胞核移植技术
课本P52
动物细胞核的全能性
2.原理:
1.概念：
将动物的一个细胞的_______，移入________________中，使这个重新组合的细胞发育成_______，继而发育成__________的技术
细胞核
去核的卵母细胞
新胚胎
动物个体
思考：为何动物细胞核移植的原理不是动物细胞的全能性？
动物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。因为动物细胞的全能性会随着动物细胞分化程度的提高而逐渐受到限制分化潜能逐渐变弱，不能经培养直接发育成完整的动物个体。所以用动物细胞核移植技术能够得到克隆动物，说明动物细胞的细胞核具有全能性。
动物细胞核移植技术
课本P52
1.概念：
将动物的一个细胞的_______，移入________________中，使这个重新组合的细胞发育成_______，继而发育成__________的技术
细胞核
去核的卵母细胞
新胚胎
动物个体
无性生殖
3.生殖方式:
思考：如何判断有性生殖与无性生殖？
(1)从概念上判断:
①有性生殖:经两性生殖细胞结合而成的合子或有性配子直接发育成个体的生殖方式
②无性生殖:不经过生殖细胞的结合而由亲本直接产生子代的生殖方式(如扦插)
(2)从培养细胞的种类上判断:
①组织培养中培养的不是体细胞而是有性配子或合子时,才属于有性生殖
②植物组织培养(除花药离体培养外)、植物体细胞杂交和动物细胞核移植都属于无性生殖
动物细胞核的全能性
2.原理:
思考：非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因？
动物细胞核移植技术
课本P52
4.哺乳动物细胞核移植分类：
种类 难易程度 原因
胚胎细胞核移植 分化程度 ，全能性容易表现
体细胞核移植 分化程度 ，全能性较难表现
低
高
相对容易
十分困难
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
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
练习
2018年《细胞》期刊报道，中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆，获得两只克隆猴——“中中”和“华华”，回答下列问题：
(1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程，核移植是指___________________
______________________________________________________________________________
__________
通过核移植方法获得的克隆猴，与核供体相比，克隆猴体细胞的染色体数目________(填“减半”加倍”或“不变”)
(2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度_______(填“大于”或“小于”) 体细胞核移植，其原因是
_______________________________________________________________
(3)在哺乳动物核移植的过程中，若分别以雌性个体和雄性个体的体细跑作为核供体，通常，所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目_______(填“相同”或“不相同”) ，性染色体组合_______(填相同”或“不相同”)。
的细胞核，移入去核的卵母细胞中，使其重组的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体
将动物的一个细胞
不变
小于
胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易
相同
不相同
重构胚
早期胚胎
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MⅡ期
去核的(次级)卵母细胞
供体细胞培养
高产奶牛（供体）
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
通过显微操作去核
从供体身体某一部位上取体细胞
将供体细胞注入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
提供细胞核的个体
(选择有重要利用价值的动物的体细胞)
体细胞核移植的过程(以克隆高产牛为例)
课本P53
(1)选择 MⅡ期(或减数分裂Ⅱ中期) 卵母细胞的原因
①细胞质含有促进细胞核表现全能性的物质
②细胞体积大，易于操作
重构胚
早期胚胎
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MⅡ期
去核的(次级)卵母细胞
供体细胞培养
高产奶牛（供体）
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
通过显微操作去核
从供体身体某一部位上取体细胞
将供体细胞注入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
③卵黄多，营养物质丰富
①含有促进细胞核表现全能性的物质和营养条件
②细胞体积大，易于操作
或
体细胞核移植的过程(以克隆高产牛为例)
课本P53
重构胚
早期胚胎
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MⅡ期
去核的(次级)卵母细胞
供体细胞培养
高产奶牛（供体）
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
通过显微操作去核
从供体身体某一部位上取体细胞
将供体细胞注入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
(2)卵母细胞去核方法：
目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法，
也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。这些方法时在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。
相关信息
课本P54
不是。MⅡ中期次级卵母细胞的细胞核解体,
去核是指：去除纺锤体-染色体复合物
(3)去核去的是完整的细胞核吗？
(课本P52相关信息)
*去核时，由于MⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体,故用微型吸管一般会将纺锤体-染色体复合物和第一极体一并吸出
体细胞核移植的过程(以克隆高产牛为例)
课本P53-54
(4)去核的原因
(P54思考·讨论N.1)：
使核移植得到的胚胎或动物核内遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞
重构胚
早期胚胎
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MⅡ期
去核的(次级)卵母细胞
供体细胞培养
高产奶牛（供体）
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
通过显微操作去核
从供体身体某一部位上取体细胞
将供体细胞注入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
体细胞核移植的过程(以克隆高产牛为例)
课本P53
体细胞核移植的过程(以克隆高产牛为例)
课本P53
(5)注入去核的卵母细胞中的是供体细胞还是其细胞核？
直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内，再通过电融合法诱导二者融合
重构胚
早期胚胎
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MⅡ期
去核的(次级)卵母细胞
供体细胞培养
高产奶牛（供体）
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
通过显微操作去核
从供体身体某一部位上取体细胞
将供体细胞注入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
①对卵母细胞损伤较小
②保证供体细胞核不被破坏
③操作也更方便
(6)重构胚概念：
人工重新构建的胚胎，
具有发育成完整个体的能力
(7)激活重构胚的方法:
①物理方法:电刺激
②化学方法:Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂
(8)以上方法处理重构胚的目的
激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
重构胚
早期胚胎
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MⅡ期
去核的(次级)卵母细胞
供体细胞培养
高产奶牛（供体）
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
通过显微操作去核
从供体身体某一部位上取体细胞
将供体细胞注入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
体细胞核移植的过程(以克隆高产牛为例)
课本P53
体细胞核移植的过程(以克隆高产牛为例)
(9)克隆动物的培养：
并非全在体外，还需在代孕个体子宫内孕育
课本P53
重构胚
早期胚胎
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MⅡ期
去核的(次级)卵母细胞
供体细胞培养
高产奶牛（供体）
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
通过显微操作去核
从供体身体某一部位上取体细胞
将供体细胞注入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
(10)该过程中应用到的技术
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
克隆动物的性别？
供体
课本P54
思考·讨论 有关体细胞核移植的问题
全部来自 。
供体动物的细胞核
①核遗传物质？
②质遗传物质？
一部分来自 细胞，另一部分来自 。
供体
卵母细胞
2.你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？
(1)克隆动物绝大部分DNA来自供体动物的细胞核，但线粒体中的DNA(细胞质中的DNA)同时来自供体细胞和受体卵母细胞
(2)性状是基因与环境共同作用的结果，克隆动物所处的环境与核供体细胞生活的环境不会完全相同
(3)克隆动物在个体发育过程中有可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异
*代孕母体没有为克隆动物提供遗传物质，因此，克隆动物的性状与代孕母体没有直接关系
课本P54
思考·讨论 有关体细胞核移植的问题
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？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。
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。
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。
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。
重构胚
早期胚胎
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MⅡ期
去核的(次级)卵母细胞
供体细胞培养
高产奶牛（供体）
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
通过显微操作去核
从供体身体某一部位上取体细胞
将供体细胞注入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
(1)选择 MⅡ期(MⅡ或减数分裂Ⅱ中期)卵母细胞的原因：
①细胞质含有促进细胞核表现全能性的物质
②细胞体积大，易于操作
③卵黄多，营养物质丰富
(2)卵母细胞去核方法：
普遍使用显微操作法，其中去的是纺锤体-染色体复合物
(3)激活重构胚的方法:
①物理方法:电刺激
②化学方法:Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂
(4)克隆出来的犊牛遗传物质的来源
练习
进行动物的克隆繁殖的基本过程如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A.该过程的技术基础是核移植
B.甲细胞可以是胚胎细胞也可以是体细胞
C.卵母细胞需要培养到减数第二次分裂后期
D.动物难以克隆的根本原因是分化的体细胞其基因组成缺乏完整性
所有动物细胞工程技术的基础都是动物细胞培养P43
B
中期
根本原因是动物体细胞是高度分化的细胞，全能性受到抑制
基因组是完整的
体细胞核移植技术的应用前景
课本P54
体细胞核移植在畜牧业、医药卫生以及其他领域有着广泛的应用前景
加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育
(1)畜牧生产
体细胞核移植技术的应用前景
课本P54
体细胞核移植在畜牧业、医药卫生以及其他领域有着广泛的应用前景
(2)在医药卫生领域：
①通过建立转基因体细胞系，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生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白
②在治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体
③以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者时可以避免免疫排斥反应
体细胞核移植技术的应用前景
课本P54
体细胞核移植在畜牧业、医药卫生以及其他领域有着广泛的应用前景
(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。
(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
体细胞核移植技术存在的问题
课本P54
1.技术上：成功率非常低，仍有待完善
2.理论上： 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.实践问题：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。
韦尔穆特与克隆羊多利
克隆羊多利真身标本
(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 （　 　）
判断常考语句，澄清易混易错
练习
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
课本P55
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 （ ）
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
练习
课本P55
治疗性克隆有望解决供体器官的短缺和器官移植出现的排异反应等问题。如图表示治疗性克隆的过程，下列有关叙述不正确的是 （ ）
A．上述过程利用了动物体细胞核移植和动物细胞培养等技术
B．上述过程中充分说明体细胞核移植技术已完全成熟
C．①过程的完成离不开胚胎干细胞的增殖和分化
D．①②过程都发生了DNA分子的复制和蛋白质的合成
B
练习
虽已成功，但该技术的成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进

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