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第3课时动物体细胞核移植技术和克隆动物
第2节动物细胞工程
新人教版 选择性必修3 第2章细胞工程
学习目标 /LEARNING TARGET
1.阐明动物细胞核移植技术的概念和原理。(生命观念)
2.用文字和图示表述体细胞核移植的过程。(科学思维)
3.认同体细胞核移植技术具有广阔的应用前景，客观分析该技术
存在的问题。(社会责任)
01 动物细胞核移植技术
动物细胞核移植技术
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。
动物细胞核移植技术的发展历程
1952年， Robert Briggs 和Thomas Joseph King在《美国科学院院刊》上报道
的豹蛙胚胎细胞核移植研究与该实验模式图，两栖类动物中首次获得核移植成功。
A VoL.38,1952 ZOOLOGY:BRIGGS AND KING PRoc.N.A.S.
TRANSPLANTATION OF LIVING NUCLEI FROM BLASTULA
CELLS INTO ENUCLEATED FROGS'EGGS*
BY ROBERT BRIGGS AND THOMAS J.KING
INSTITUTE FOR CANCER RESEARCH AND LANKENAU HoSPITAL RESEARCH INSTITUTE,
PHILADELPHIA,PENNSYLVANIA
Communicated by C.W.Metz,March 15,1952
Separation Separation
Development
Reconstructed egg
Created by Dr.Qin
Ranapipiens
egg
Ranapipiens embryo
One of
blastomeres
Individual
Nucleus
鲤鱼
囊胚细胞
细胞核
重组细胞
鲤鲫移核鱼
在脊椎动物核移植的研究中，我国科学家的工作一度处于世界先
进水平。20世纪70年代，我国科学家童第周等人完成了鲤鱼和 鲫鱼之间的细胞核移植，将鲤鱼囊胚细胞的核移植到去核的鲫鱼 未受精的卵中。培育出具有正常生殖能力的鲤鲫移核鱼，肌肉蛋 白含量比鲤鱼高，脂肪含量比鲤鱼低，生长速度比鲫鱼快。
动物细胞核移植技术的发展历程
生物的性状受细胞核和细胞质中遗传物质的共同控制。
细胞核移植
卵细胞(
鲫鱼
细胞质
From intestinal epithelial
cells of tadpoles
In early 1960,Gurdon
transplanted intestinal
epithelium-cell nuclei
from Xenopus tadpoles
into enucleated frog
eggs and managed to
produce 10 normal
tadpoles
Erucleated egg
Xenopus laevis 知乎@菲利普医生
动物细胞核移植技术的发展历程
1962年，英国牛津大学英国发育生物学家约翰 · 格登(John Bertrand Gurdon)利
用非洲爪蟾进行了一系列的核移植试验，用小肠上皮细胞作为核供体，通过连续核 移植的办法成功获得少量蝌蚪，其中有几只成功发育成为成体爪蟾。
John Bertrand Gurdon-Godfather of cloning
1996年7月5日，伊恩 ·维尔穆特(Wilmut) 领导的科研小组，利用克隆技术，用已
经分化的成熟的体细胞核(乳腺细胞)通过核移植技术克隆出一只母羊——多莉， 并于1997年2月27日的英国《自然》杂志报道，这是世界上第一例经体细胞核移植
动物细胞核移植技术的发展历程
出生的哺乳动物。
提供卵 细胞
重组
卵细跑
发育成胚胎
甲羊 胚胎移入子
宫内发育
取出细胞核 多莉
提供乳 腺细胞
去核卵细胞
丙羊
乙羊
动物细胞核移植技术的发展历程
2017年中国科学院神经科学研究所孙强团队，突破了体细胞克隆猴的世界难题，成功
培育出世界首个体细胞克隆猴，11月27日，世界上首个体细胞克隆猴“中中”诞生， 12月5日第二个克隆猴“华华”诞生，体细胞核移植首次在非人灵长类动物中获得成 功。该成果于2018年1月25日以封面文章在线发表在生物学顶尖学术期刊《细胞》上。
A B
"ZZ" "HH"
Figure 4.Analysis of Cloned Cynomolgus Monkeys
(A and B)Images of Zhong Zhong (ZZ)and Hua Hua(HH),two cynomolgus monkeys generated by SCNT using fetal monkey fibroblasts,at 20 and 34 days after birth,respectively.
(C)Three examples of short tandem repeats (STRs)from ear tissues of"ZZ"and "HH," showing that their nuclear DNA was identical to that of the donor fibroblast but different from those of their oocyte donor and surrogate monkeys. More extensive list of STRs are shown in DataS3. (D and E)Examples of single-nucleotide poly- morphisms (SNPs)for"ZZ"and "HH,"respec- tively,showing mitochondria DNA SNPs that were identical to those of the oocyte donor monkey but different from those of surrogate monkey and donor fibroblast.More examples are shown in
Figure S3.
动物细胞核移植技术
哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植
Mammalian nuclear transfer can be divided into embryonic cell nuclear transfer and somatic cell nuclear transfer
相对困难
因为分化程度高， 全能性较难表现
相对容易
因为分化程度低， 全能性容易表现
胚胎细胞核移植
体细胞核移植
学生活动一：阅读教材P53 图2-18内容，
1、梳理高产奶牛的克隆过程；
2、以文字和箭头的形式写出体细胞克隆猴的诞生过程。
从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母
细胞(左边照片为研究人员正在
使用设备从牛的卵巢采集卵母细
胞),在体外培养到MII期
高产奶牛(供体)
从高产供体奶牛身体的
某 一 部位(如耳)上取
体细胞，进行培养
通过显微操作去核
将供体细胞注入去
核的卵母细胞
用物理或化学方法(如电刺激、 Ca+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
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。
生出与供体奶牛遗传物 质基本相同的犊牛
采集卵母细胞
MⅡ 期去核
去核卵母细胞
将供体细胞注入去核的卵母细胞
细胞融合
重构胚
用物理或化学方法激活重构胚
将胚胎移入受体(代孕)母牛体内
生出与供体遗传物质基本
相同的克隆动物
体外培养体细胞 卵母细胞供体
卵母细胞
#
融合
去核卵母细胞
@
克隆后代
学生活动一：阅读教材P53图2-18内容，
1、梳理高产奶牛的克隆过程；
2、以文字和箭头的形式写出体细胞克隆猴的诞生过程。
取供体细胞
供体细胞
细胞培养
克隆胚胎
受体动物
重构胚
体细胞
激活
1 、为何选用MⅡ卵母细胞
2、卵母细胞去核的原因、方法、实质是什么
3、将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因
4、什么是重构胚 处理重构胚的目的是什么
5、克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗 为什么
6、该过程中应用到了哪些技术
学生活动二：根据体细胞克隆猴的诞生过程，思考并回答以下问题 ，
小组讨论交流展示。
为何选用MⅡ 卵母细胞
① 卵细胞体积大，容易操作；
② 营养物质丰富，为发育提供充足营养
③ 含有促使细胞核表达全能性的物质
学生活动二：根据体细胞克隆猴的诞生过程，思考并回答以下问题， 小组讨论交流展示。
体细胞 重构胚 融合 克隆胚胎 @ 受体动物
卵母细胞
|
去核卵母细胞
克隆后代
存在激活重构胚需要的因子，如促成熟因子MPF , 其水平高低可影响供体染色质的状态和复制
体外培养体细胞 卵母细胞供体
激活
体外培养体细胞 卵母细胞供体
②
卵母细胞
重构胚
融合
去核卵母细胞
@
克隆后代
卵母细胞去核的原因、方法、实质是什么
① 为使核移植动物的核遗传物质全部来自供体的细胞；
② 并防止细胞染色体的数量发生变化。
方法 ：
纺锤体——染色体复合物
学生活动二：根据体细胞克隆猴的诞生过程，思考并回答以下问题 小组讨论交流展示。
梯度离心 紫外线短时间照射 化学物质处理
使DNA 变性失活，达到去核的目的。
没有刺破卵母细胞膜，对卵母细胞伤害小。
通 过 显 微 操 作 去 “ 核”
克隆胚胎
体细胞
受体动物
激活
体外培养体细胞 体细胞 重构胚 克隆胚胎 受体动物 卵母细胞供体 ③
卵母细胞
|
去核卵母细胞
@
克隆后代
学生活动 二：根据体细胞克隆猴的诞生过程，思考并回答以下问题，
小组讨论交流展示。
将 供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因
①保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便；
②对卵母细胞损伤较小。
融合 激活
O
学生活动 二：根据体细胞克隆猴的诞生过程，思考并回答以下问题， 小组讨论交流展示。
体外培养体细胞 ④ )什么是重构胚 激活重构胚的目的是什么
卵母细胞供体
促融
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。
激活
用电刺激、Ca + 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。
体细胞
重构胚
融合 克隆胚胎 激活
卵母细胞
去核卵母细胞
克隆后代
受体动物
@
学 生 活 动 二：根据体细胞克隆猴的诞生过程，思考并回答以下问题， 小组讨论交流展示。
细胞核的DNA→ 来自于供体动物的细胞核
线粒体中的DNA→ 供体细胞和卵母细胞
可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异
克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗
为什么
体外培养体细胞
体细胞
卵母细胞
去核卵母细胞
克隆动物 遗传物质
重构胚
克隆胚胎
生活环境：
性状
卵母细胞供体
融合 激活
去核
克隆后代
受体动物
体外培养体细胞 卵母细胞供体
卵母细胞
]#
融合
去核卵母细胞
@
克隆后代
受体动物
该过程中应用到了哪些技术
动物细胞培养
动物细胞核移植
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
学生活动 二：根据体细胞克隆猴的诞生过程，思考并回答以下问题， 小组讨论交流展示。
体细胞
重构胚
克隆胚胎
激活
动物体细胞核移植技术
非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因
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。
胚胎移植
代孕母亲 克隆猴
恭 喜 中 国 标志着我国将率先开 启以猕猴作为实验动物模型的时代
对非人灵长类动物胚胎进行操作 的技术尚不完善。
体外培养猴 成纤维细胞
成纤维细胞
注入
kdm4d
mRNA
卵供体
卵子
去核
卵子
去核| 融合
激活
体细胞克隆猴的成功，将推动中国率先发展出基于非人灵长类疾病动物模型的全新医药研发产业链，
克隆特定疾病模型的动物，为该 疾病的致病机制和开发相应的药 物提供帮助。
加速针对阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病，以及免疫缺陷、肿瘤、代谢性疾病的新药研发进程。
畜牧
生产
保护 物种
02 体细胞核移植技术的应用前景
加速家畜遗传改良进程， 促进优良畜群繁育
科学 研究
医药
卫生
学生活动三：阅读教材P54内容，总结体细胞核移植技术的应用前景
及存在问题。
加速家畜遗传改良进程， 促进优良畜群繁育
乳腺生物反应器
克隆动物乳汁中含有
人抗胰蛋白酶
克隆动物作为生物反应器，生
产医用蛋白；
治疗人类疾病时，转基因克隆
动物的细胞、组织或器官用于
异种移植；
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。
研究克隆动物可深入了解胚胎发 育及衰老过程；
克隆遗传背景相同的动物，通过 对比分析致病基因；
克隆特定疾病模型的动物，为该 疾病的致病机制和开发相应的药 物提供帮助。
保护濒危物种，增加存活数量
畜牧
生产
保护
物种
02 体细胞核移植技术的应用前景
科学 研究
医药
卫生
转基因异种心脏移植手术。
→ 将猪Gal抗原基因敲除
分离出猪细胞
将经基因改造猪
器官移植到人体
Gal 抗原基因敲除猪细胞
基因修饰克隆猪
加入人体基因
异种移植
2022年1月10日，美国马里兰大学医学院发布声明称，其与马里兰大学医学中心
的医生合作，把转基因猪的心脏移植到一名心脏病晚期患者体内，这是世界首例
Gal 抗原基因敲除
并转入人体基因的细胞
核移植(克隆
胚胎干细胞的应用
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。
胰岛细胞 血细胞 心肌细胞 神经细胞
器官移植
分
去核的
卵母细胞
核移植
O)重组细胞
胚胎干细胞
取细胞
取核
病人
肝细胞
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。
克隆动物
健康问题
表现出遗传和生理缺陷
02 体细胞核移植技术存在的问题
“多莉”只存活7年，远低于平均寿命12年
克隆动物 成功率低
概念
胚胎细胞核移植
动物体细胞
核移植
体细胞核移植
过程： 动物细胞培养→动物细胞核移植→早期胚胎培养→胚胎移植
应用前景及
存在问题
课堂总结/CLASSROOM SUMMARY
类 型
理论基础
动物细胞核的全能性
涉及的生物技术手段
动物细胞培养技术 动物细胞融合技术
核移植技术 早期胚胎培养胚胎移植技术
关于性状
克隆动物的性状与体细胞核供体基本相同 克隆动物的性状与卵母细胞供体部分相同
克隆动物的性状与代孕母体没有直接关系
将供体细胞注入去核的卵母细胞
细胞融合
重构胚
用物理或化学方法激活重构胚
将胚胎移入受体(代孕)母牛体内
生出与供体遗传物质基本
相同的克隆动物
课堂重点/CLASSROOM FOCuS
采集卵母细胞
MⅡ 期去核 去核卵母细胞
取供体细胞
,细胞培养
供体细胞
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 ( D )
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

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