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第2章 细胞工程
第2节 动物细胞工程
第3课时 动物体细胞核移植技术和克隆动物
“（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”出一群猴吗？
中华先贤的想象力
2017年，我国科学家通过动物细胞核移植技术首次培育了体细胞克隆猴
问题
我们能否利用类似植物组织培养获得完整植物体的方法培养动物细胞，使其发育成一个完整的个体？
不能，高度分化的植物细胞仍保持着全能性，而动物细胞的全能性会随细胞分化程度的提高逐渐受到限制，分化潜能逐渐变弱。因此，目前还不能用类似植物组织培养的方法获得完整的动物个体。
实现方法：动物体细胞核移植技术
1. 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。
2. 原理：动物细胞核的全能性
卵母细胞
动物细胞
去核
取核
移入
重组细胞
发育
新胚胎
发育
克隆动物
用核移植方法得到的动物称为克隆动物
一、动物细胞核移植技术
3.生殖方式：无性生殖
4. 类型及特点
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
胚胎细胞核移植
体细胞核移植
相对容易
因为分化程度低，全能性容易表现
因为分化程度高，全能性较难表现
相对困难
为什么非人灵长类动物体细胞核移植非常困难？
原因一：供体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。
原因二：非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
二、体细胞核移植的过程
应用体细胞核移植技术，我国已成功地克隆了牛、羊、猪和猴等多种哺乳动物，以克隆高产奶牛为例，说明体细胞核移植的过程。
从高产奶牛（供体）
取体细胞
从卵巢中采集卵母细胞
体外培养到MⅡ中期
(减数第二次分裂中期)
动物细胞培养
显微操作去核
去“核”，通常是显微操作去除纺锤体-染色体复合物，也可以用梯度离心、紫外线、化学物质处理使DNA变性。
将供体细胞注入去核卵母细胞
有重要利用价值的动物的体细胞
一般选用传代10代以内的细胞。
①卵母细胞体积大，易操作；
②细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质，卵黄多，营养物质丰富。
去核原因：保证克隆动物的核基因全部来自供体细胞。
保持正常的二倍体核型
二、体细胞核移植的过程（以克隆高产奶牛为例）
培养的动物细胞一般当传代至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。
思考：用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，这是为什么？
二、体细胞核移植的过程
重构胚：人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力
将供体细胞注入去核卵母细胞
电融合法使两细胞融合供体核进入卵母细胞，形成重构胚
电刺激
早期胚胎
Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂
激活重构胚使其完成细胞分裂和发育进程
保证供体细胞的细胞核不被破坏，对卵母细胞损伤较小。
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？
二、体细胞核移植的过程（以克隆高产奶牛为例）
将胚胎移入（受体）代孕母牛
生出与供体遗传物质基本相同的犊牛（克隆牛）
早期胚胎
早期胚胎培养
胚胎移植
克隆动物不是对供体动物的100％的复制
①克隆动物核内遗传物质全部来自供体动物，细胞质中的遗传物质一部分来自供体细胞，另一部分受体卵母细胞。
②生物体的性状是基因和环境共同作用的结果。
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。
二、体细胞核移植的过程（以克隆高产奶牛为例）
思考：克隆牛的性别与哪头牛相同？性状表现与三个亲本都相关吗？
性别与核供体牛相同，因为哺乳动物的性别是由性染色体组成决定，克隆牛的染色体全都来自供体牛。
性状与代孕母体没有直接关系，因为代孕母体没有提供遗传物质。
二、体细胞核移植的过程
克隆牛
采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
从供体高产奶牛身上取体细胞
显微操作去核
对体细胞进行培养
去核的卵母细胞
供体细胞
电融合法
将供体细胞注入去核的卵母细胞
重构胚
早期胚胎
将胚胎移入受体（代孕）母牛体内
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
早期胚胎培养
动物细胞培养
胚胎移植
动物细胞融合
动物细胞核移植技术
细胞核移植
动物细胞培养
细胞融合
体细胞核移植用到的技术
早期胚胎培养
胚胎移植
动物体细胞核移植知识归纳
激活重构 胚使其完成 细胞分裂和 发育过程
体细胞核移植知识小结
1.采集的卵母细胞应培养至_____________________
2.选择MⅡ期卵母细胞的原因
①____________________________________
②_________________________
③_________________________
3.卵母细胞去核的方法_________________
4.“去核”去的是什么？________________________
5.去核的原因____________________________________________
6.供体细胞注入卵母细胞的优点 _____________________________
MⅡ期（减数分裂Ⅱ中期）
细胞体积大，易于操作
显微操作法
纺锤体-染色体复合物
卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富
保证克隆动物的核基因全部来自供体细胞。
细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质
保证供体细胞的细胞核不被破坏，对卵母细胞损伤较小
注意：实质是直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内
体细胞核移植知识小结
7.诱导融合的方法____________________
8.融合的结果______________________________
9.重构胚概念_________________________________________
10.激活重构胚的方法
①物理方法_______________________
②化学方法___________________________________
11.以上方法处理重构胚的目的
_____________________________________________________
电融合法
供体核进入卵母细胞，形成重构胚
人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力
电刺激
Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂
激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
一般指DNA分子扩增，如PCR技术，还包括单克隆抗体技术。
由一个细胞分裂所形成的细胞群体，如动物细胞培养技术、植物细胞培养技术。
分子水平：
细胞水平：
个体水平：
在生物学上，克隆是无性繁殖，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分子、细胞或个体。
延伸拓展：克隆（Clone）
克隆技术：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”。
指基因型完全相同的个体或群体，如植物组织培养技术、核移植技术。
加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育
1
畜牧业
器官移植，利用生物反应器进行药物生产
2
医疗卫生
研究生物的发育、衰老、疾病致病机理等
3
科学研究
该技术有望增加濒危物种的存货数量
4
其它领域
（一）应用前景
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
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，免疫失调等。易出现早衰（多利羊猜想）。
胚胎移植—动物幼体产出概率＜10％
(1)成功率低
(2)克隆动物存在健康问题
(3)克隆动物食品的安全性问题存在争议
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
（二）存在的问题
(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(　　)
×
×
√
√
实战演练
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
一、概念检测
练习与应用（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（ ）
C
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
一、概念检测
练习与应用（P55）

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