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第2章 细胞工程
第2节 动物细胞工程
Part3 动物体细胞核移植技术和克隆动物
发酵工程
目录 /CONTENTS
01
02
体细胞核移植技术
应用前景及存在的问题
1
体细胞核移植技术
1. 动物细胞核移植技术的概念。
4. 为什么非人灵长类动物体细胞核移植非常困难？
3. 哺乳动物核移植的类型及特点，
3. 为什么体细胞克隆猴的诞生能够轰动世界
2. 动物细胞核移植技术的原理？生殖方式？
阅读教材P52,思考并回答下列问题：
01
动物细胞核移植技术
01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。[思考]为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？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。克隆技术[思考]下列克隆分别用什么技术动物细胞克隆——动物克隆——植物克隆——DNA克隆——动物细胞培养核移植植物组织培养PCR技术01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，表现全能性相对容易细胞分化程度高，表现全能性十分困难3.生殖方式：无性生殖难度更大 我国科研工作者能在10秒内对卵母细胞进行细胞去核操作，在15秒之内将体细胞注入到卵母细胞。因为操作越快，卵细胞受损就越小，这一神速正是实验成功的最重要基础之一。
我国科研工作者研制出一种抑制剂和一种酶在理想浓度的搭配下形成的“神秘”配方，可以大大提升体细胞全能性。
1.神秘的配方
2.神奇的速度
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分化前的状态，导致胚胎发育率低。
困难②：对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
01
体细胞核移植技术
5.非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因
01体细胞核移植技术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5.非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因具有许多与人类相似的生物学特征的灵长类动物2017年我国培育世界上首例体细胞克隆猴
1.请用箭头和文字画出体细胞核移植的过程。
2.选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因？采集的卵母细胞应培养至 ；
卵母细胞为什么要“去核”？卵母细胞去核的方法？
3.注入去核的卵母细胞的是整个供体细胞还是供体细胞的细胞核？
为什么？
4.诱导融合的方法？融合的结果？
5.什么是重构胚？激活重构胚的方法？用这些方法处理重构胚的目的？
6.该过程用到了哪些动物细胞工程的技术手段？
[自主学习]教材P52, 完成下列问题：
01
体细胞核移植技术
6.体细胞核移植过程
将胚胎移入受体(代孕)母牛体内02体细胞核移植技术6.过程采集卵母细胞，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用物理或 化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育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02体细胞核移植技术【思考讨论】细胞体积大、容易操作；营养物质丰富，为发育提供充足营养其细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质高产奶牛(供体)因为10代以内的细胞保证了供体细胞正常的遗传基础。1.为何选用MⅡ卵母细胞 2.一般选用10代以内的细胞，为什么？采集卵母细胞，体外培养至MⅡ期02体细胞核移植技术通过显微操作去核梯度离心紫外线短时间照射化学物质处理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。纺锤体——染色体复合物1.卵母细胞去核的原因是什么？方法是什么？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。方法：显微操作法2.去核去的是什么？纺锤体——染色体复合物P52【思考讨论】02体细胞核移植技术将供体细胞注射入去核的卵母细胞1.将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因？对卵母细胞损伤较小；保证供体细胞的细胞核不被破坏;操作简单。【思考讨论】02体细胞核移植技术通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，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。1.什么是重构胚？体现：细胞膜具有一定的流动性【思考讨论】重构胚02体细胞核移植技术通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚。1.电融合法得到的重构胚能直接移入代孕母牛体内吗？为什么？需要用物理或化学方法（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进程将胚胎移入受体(代孕)母牛体内出生与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛【思考讨论】不能02体细胞核移植技术通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚。将胚胎移入受体(代孕)母牛体内出生与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛【思考讨论】1.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；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。此外，生物性状还受环境因素的影响。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
用物理或 化学方法激活重构胚，使其完成 细胞分裂和发育
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
1.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
02
体细胞核移植技术
2.该技术证明了什么？
动物体细胞的细胞核具有全能性
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
P55 练习与应用
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
P55 练习与应用
C
2
应用前景及存在的问题
1
畜牧业
2
医疗卫生
3
科学研究
4
在保护濒危物种方面
应用前景
03
体细胞核移植技术应用前景及存在的问题
03体细胞核移植技术应用前景及存在的问题加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达的奶牛，年产奶量为30.8 t，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为3～4 t。1.应用前景（1）在畜牧生产中03体细胞核移植技术应用前景及存在的问题（2）医药卫生领域：A.利用此技术培育的转基因克隆动物，可作为生物反应器生产珍贵的医用蛋白。乳腺生物反应器03（2）医药卫生领域：B.治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官，可作为异种移植的供体。体细胞核移植技术应用前景及存在的问题C.患者的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，能形成相应的细胞、组织或器官可用于移植以避免免疫排斥反应。治疗性克隆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。
①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。
②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一些，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。
③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。
治疗性克隆与iPS细胞治疗
病人
取核
去核卵母细胞
重构胚胎
各种细胞组织或器官
诱导
取出
体细胞
核移植
移植
成纤维细胞
取出
转入相关因子
iPS细胞
各种细胞组织或器官
胚胎干细胞
取出
诱导
移植
治疗性克隆
iPS细胞治疗
细胞发生转化
P554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。
03①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。（3）在科研领域：体细胞核移植技术应用前景及存在的问题裸鼠肿瘤动物模型该技术有望增加濒危物种的存活数量
黑草黄弄蝶
白鳍豚
金丝猴
03
体细胞核移植技术应用前景及存在的问题
（4）在保护濒危物种方面：
032、存在的问题（1）成功率低：克隆胚胎移植成功率平均不到10%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、免疫缺陷等。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）健康问题：（2）理论研究较为滞后：体细胞核移植技术应用前景及存在的问题
理论基础
动物体细胞核的全能性
胚胎细胞核移植
原理：
类型：
体细胞核移植
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
用物理或 化学方法激活重构胚，使其完成 细胞分裂和发育
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
动物体细胞核移植技术和克隆动物
过程
应用前景
畜牧业
保护濒危物种
医药卫生
科研领域

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