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第2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
什么是克隆？
克隆具体地说，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。
①分子水平克隆：如DNA复制；
②细胞水平克隆：如动物细胞培养；
③个体水平克隆：如克隆动物。
一、动物细胞核移植技术
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”。
毫毛来自体细胞，我们能用体细胞“变”出猴来吗？
核移植相当于孙悟空的“魔法”。
“（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。
克隆猴的过程当然不会像孙悟空吹口气那么简单，最大的困难是如何才能激发动物细胞表达其全能性。
一、动物细胞核移植技术
1.概念：
将动物一个细胞的细胞核，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.原理：
动物细胞核的全能性
4.种类：
胚胎细胞核移植：
体细胞核移植：
细胞分化程度低，表现全能性容易
细胞分化程度高，表现全能性十分困难
3.生殖方式：
无性生殖
因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植
一、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。
二、体细胞核移植的过程
从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
高产奶牛（供体）
从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行培养
正常排出的卵子即处于MⅡ期，此时卵母细胞已发育成熟，细胞质中具有激活重构胚以及早期胚胎发育的必需因子。
一般选用传代10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。
为什么选择卵母细胞作为受体细胞？
卵母细胞体积 ，易操作；
卵母细胞的细胞质中含有激发细胞核 表达的物质；
大
全能性
卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富。
供体：提供细胞核的个体；
有重要利用价值的动物的体细胞。
二、体细胞核移植的过程
从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
高产奶牛（供体）
从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行培养
显微操作去核
实质：纺锤体-染色体复合物
去核原因：使克隆动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞。
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。这些方法是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。
*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
二、体细胞核移植的过程
从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
高产奶牛（供体）
从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行培养
显微操作去核
将供体细胞注入去核卵母细胞
将供体细胞直接注入去核卵母细胞能够（降低去核操作可能导致的破坏）提高成功率，且操作简便。
二、体细胞核移植的过程
从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
高产奶牛（供体）
从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行培养
显微操作去核
将供体细胞注入去核卵母细胞
通过电融合使细胞融合，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。
二、体细胞核移植的过程
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过程
胚胎植入受体（代孕）母牛体内
生出遗传性状与供体基本一致的奶牛
思考：克隆动物遗传物质来源：
①核遗传物质：
全部来自 。
供体动物的细胞核
一部分来自 细胞，
另一部分来自 。
供体
受体卵母细胞
②质遗传物质：
二、体细胞核移植的过程
重构胚
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
早期胚胎
激活重构胚
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
将供体细胞注入去核的卵母细胞
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
供体细胞培养
从供体身上取体细胞
将胚胎移入受体（代孕）母牛体内
早期胚胎培养
动物细胞培养
胚胎移植
动物细胞核移植
二、体细胞核移植的过程
思考 讨论
有关体细胞核移植的问题
1.在将体细胞的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？
为了使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞。
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？
不是对核供体动物进行100%的复制。
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环境也会影响克隆动物的性状，其环境与供体不完全相同；
③可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异。
二、体细胞核移植的过程
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；可诱导成为iPS细胞的细胞来源相对广些。
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。
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
体细胞核移植在畜牧业、医药卫生以及其他领域有着广泛的应用前景。
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。
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
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。
环尾狐猴
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
（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。
5.体细胞核移植技术存在的问题：
四、练习与应用
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，培域植育出新个体
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。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
B.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

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