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第2章 细胞工程
首个体细胞克隆动物
克隆动物多莉羊
体细胞克隆猴
“中中”和“华华”
如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖？
“（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？
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”。
第2节 动物细胞工程
01
动物体细胞核移植技术
目录 /CONTENTS
三、动物体细胞核移植技术和克隆动物
01
动物体细胞核移植技术
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。
动物细胞核的全能性
无性生殖
2.原理？
3.生殖方式？
4.哺乳动物核移植分类
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
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
非人灵长类具有许多与人类相似的生物学特征，研究工作中，使用量最多的是旧大陆猴, 其中猕猴属最为重要。
我国首例体细胞克隆猴
十分困难
将胚胎移入受体(代孕)母牛体内
克隆高产奶牛为例
以克隆高产奶牛为例
（1）供体？
提供细胞核的个体
有重要利用价值的动物的体细胞。
（2）受体？
MⅡ期（减数分裂Ⅱ中期）卵母细胞
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。
（3）对受体卵母细胞进行何操作？
去核操作
（4）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。
（5）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。
显微操作去核
以克隆高产奶牛为例
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。
将胚胎移入受体
(代孕)母牛体内
（6）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
②质遗传物质？
一部分来自 细胞，
另一部分来自 。
供体
受体卵母细胞
胚胎移植
1.动物体细胞核移植的过程
该过程中应用到的技术？
动物细胞培养
动物细胞核移植
早期胚胎培养
胚胎移植
该过程的原理？
动物细胞核的全能性
动物细胞融合
克隆动物的性别？
供体
2.动物体细胞核移植过程分析：
（1）为什么要选择MⅡ期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；
卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富。
大
全能性
（2）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。
（3）克隆动物是对体细胞供体动物100%的复制吗？为什么？
不是对核供体动物进行100%的复制
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。
①克隆动物细胞核中的遗传物质来自供体动物，但细胞质中的遗传物质同时来自供体细胞和受体卵母细胞。
②生物性状还受环境因素的影响。
（4）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。
01
动物体细胞核移植技术
目录 /CONTENTS
三、动物体细胞核移植技术和克隆动物
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。
（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货数量。
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。
韦尔穆特与克隆羊多利
克隆羊多利真身标本
【归纳总结】
1.细胞核移植的原理
动物体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。
因为动物体细胞的全能性受到限制，不能经培养直接发育成完整个体，所以用体细胞核移植技术能够得到克隆动物，说明动物体细胞的细胞核具有全能性。
2.对核移植与克隆的理解
（1）克隆是指遗传组成完全相同的分子、细胞或个体，即克隆应包含三个层次的内容：
①分子水平克隆：如DNA复制；
（2）核移植技术中选用的核供体应为具有优良性状的个体，提供卵母细胞的受体和代孕个体只需为同一物种的健康雌性个体即可。
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。
（3）细胞核移植技术中注入去核卵母细胞中的不是供体细胞核，而是整个细胞。伴随着两细胞融合，体现出细胞膜具有一定的流动性的结构特点。
（4）核移植时，一般先通过电刺激使供体细胞和受体细胞融合，再用物理或化学方法激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育进程。
（5）细胞核移植涉及的生物技术：动物细胞培养技术、动物细胞融合技术、核移植技术、胚胎移植技术等。其中，核移植是核心技术。
3.供体和受体的选择
（1）供体：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。
（2）受体：选择MⅡ期的卵母细胞
4.克隆动物的遗传特点
克隆动物的亲本有三个，即体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体和代孕母体。
（1）克隆动物细胞核基因来自体细胞核供体，因此，克隆动物的性状与体细胞核供体基本相同。
（2）克隆动物的细胞质基因主要来自卵母细胞，因此，克隆动物的性状与卵母细胞供体部分相同。
（3）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。
（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
练习与应用
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
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
3．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
B
4．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
希普：首例胚胎移植成功
哈里森:首创动物组织体外培养法
张明觉：发现哺乳动物精子获能现象
格登、童第周：体细胞核移植成功
试管家兔诞生
米尔斯坦和科勒：创立单克隆抗体技术
胚胎分割移植成功
埃文斯：成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞
克隆羊多莉诞生
山中伸弥：获得诱导多能干细胞
单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生
我国科学家首次培育了体细胞克隆猴
1890年
1907年
1951年
1958年
1959年
1975年
1978年
1981年
1996年
2006年
2014年
2017年
【科技探索之路】动物细胞工程（含胚胎工程）的发展历程

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