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第二章 细胞工程
第2节 动物细胞工程
三 动物体细胞核移植技术和克隆动物
学习目标 核心素养
阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中，并使重组细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的过程。 1.科学思维：以文字和图示表述体细胞核移植的过程。
2．社会责任：说明体细胞核移植的应用及存在的问题。
动物体细胞核移植技术和克隆动物
1、动物体细胞核移植技术概念：
将动物的一个细胞的细胞核，移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。
用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。
2、动物体细胞核移植技术种类：
胚胎细胞核移植：
体细胞核移植：
细胞分化程度低，恢复全能性容易。
细胞分化程度高，恢复全能性十分困难。
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
3、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分化前的功能状态，这导致了胚胎发育率低。
（2）对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
卵母细胞
C母猴子宫
B母猴
A母猴
成纤维细胞
细胞质
细胞核
早期胚胎
“中中”“华华”
分娩
发育
重组细胞
妊娠
注意：克隆动物属于无性繁殖，遗传物质主要来自于A，一小部分来自于B，与C无关。证明了动物细胞核具有全能性，卵母细胞的细胞质有助于体细胞核的全能性表达。
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
卵母细胞
C母猴子宫
B母猴
A母猴
成纤维细胞
细胞质
细胞核
早期胚胎
“中中”“华华”
分娩
发育
重组细胞
妊娠
注意：选用卵母细胞作受体细胞是因为卵母细胞体积大，易操作，含有促使细胞核表达全能性的物质和营养。
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
“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
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
卵母细胞
C母猴子宫
B母猴
A母猴
成纤维细胞
细胞质
细胞核
早期胚胎
“中中”“华华”
分娩
发育
重组细胞
妊娠
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
注意：动物细胞核移植技术的原理是动物细胞的细胞核具有全能性，而不是动物细胞具有全能性。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。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。
2022年中国自主培育的体细胞克隆牛
如何做的？
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
4、体细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例）
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
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
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
4、体细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例）
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
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
（1）选择MⅡ期卵母细胞的原因
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。
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
4、体细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例）
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
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
（2）卵母细胞去核方法：显微操作（去核）法。通常是显微操作去除纺锤体-染色体复合物。也可以采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法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。
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
4、体细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例）
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
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
（3）“去核”去的是什么？
去除的为纺锤体-染色体复合物。
*去核时，由于MⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体，用微型吸管一般一并吸出第一极体。
（4）去核的原因：
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。
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
4、体细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例）
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
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
（5）供体细胞注入卵母细胞的优点：
对卵母细胞损伤较小，保证供核不被破坏，操作也更方便。
*直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内。
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
4、体细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例）
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
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
（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、乙醇和蛋白酶合成抑制
(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
4、体细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例）
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
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
（9）实验结论：
证明了动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性。
（10）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。
思考·讨论·有关体细胞核移植的问题
1.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。
2.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。
相似之处：二者都是对体细胞进行操作，且都需要结合动物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iPS细胞都具有发育的全能性，诱导分化形成的细胞、组织、器官移植给患者时都可以避免免疫排斥反应。
不同之处: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细胞需要借助载体将特定基因导入细胞，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。体细胞核移植技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疾病；诱导iPS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。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。
思考·讨论·有关体细胞核移植的问题
（1）应用前景：
加速家畜遗传改良进程、促进改良畜群繁育
5、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
畜牧生产：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。
医药卫生：通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育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。
乳汁中分泌人抗胰蛋白酶的转基因羊
（1）应用前景：
5、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
治疗人类疾病：
①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；
（1）应用前景：
5、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
②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。
科研：①研究克隆动物可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，还能为研究该疾病机制和开发相应的药物提供帮助。
持续组蛋白甲基化阻碍体细胞核移植后的胚胎发育
异常基因表达
（1）应用前景：
5、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
保护濒危动物：有望增加濒危物种的存活数量。
种间克隆白肢野牛
黑足雪貂基因
（1）应用前景：
5、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
①成功率非常低，各个技术环节也有待进一步改进；
②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；
③一些研究者指出，绝大多数克隆动物存在健康问题，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、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。
（2）存在的问题：
5、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
小结：
四、动物体细胞核移植技术和克隆动物
1、动物体细胞核移植技术概念：
2、动物体细胞核移植技术种类：
3、非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因。
4、体细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例）
5、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
1.下列有关核移植的说法错误的是(　　)
A.用核移植得到的动物称为克隆动物
B.核移植的受体细胞最好是受精卵
C.核移植可以充分说明动物细胞核具有全能性
D.核移植得到的克隆动物属于无性生殖
B
课堂练习：
2.如图是克隆羊的培育流程图，相关说法错误的是（ ）
A.卵母细胞可以从屠宰场收集，并在体外培养到减Ⅱ中期
B.从供体羊中取上皮细胞需要用胰蛋白酶进行处理
C.在显微镜下用微型吸管将卵母细胞中的染色体-纺锤体复合物吸出
D.上皮细胞细胞核进入卵母细胞后即可自行发育成胚胎
D
课堂练习：
3.2017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
课堂练习：

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