资源简介

(共30张PPT)
1996年 英国 伊恩·维尔穆特
2017年 “中中”“华华”
思考：
2 这些克隆动物的生殖方式属于？
1 克隆动物是使用亲本的什么细胞培育而成的？
3.克隆动物培育过程中最大的困难是什么？
4 如何激发动物细胞表达其全能性呢？
细胞核移植技术
体细胞
动物细胞的全能性受到限制，不能经培养直接发育成完整个体，
Part.01
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
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。
2.原理：
动物细胞核的全能性
3.生殖方式：
无性生殖
卵母细胞
动物体细胞
去核
取核
移入
重组细胞
新胚胎
克隆动物
发育
发育
用核移植的方法得到的动物称为克隆动物
体细胞或者胚胎细胞的细胞核
→保持优良性状
(一)动物细胞核移植技术
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
动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植
在体细胞核移植中，非人灵长类动物体细胞核移植非常困难：
①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。
具有许多与人类相似的生物学特征的灵长类动物
②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
我国科学家成功获得了世界上首例体细胞克隆猴。
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”。
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。
一般指DNA分子扩增
由一个细胞分裂所形成的细胞群体。
指基因型完全相同的个体或群体。
分子水平：
细胞水平：
个体水平：
思考：下列克隆分别用什么技术？
动物克隆—— 动物细胞克隆——
植物克隆—— DNA克隆——
动物细胞培养技术
动物体细胞核移植技术
植物组织培养技术
PCR技术
1997年，美国的一个奶牛场有一头名叫卢辛达的奶牛，年产奶量为30.8t，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3～4t。
思考：依据“多莉羊”的培育过程，如何进行优质奶牛的快速繁育？
(二)体细胞核移植的过程
取卵母细胞，体外培养至MⅡ期
供体细胞培养
重构胚
去核卵母细胞
显微操作去核
胚胎
代孕
动物
电融合
激活
早期胚胎培养
胚胎移植
分娩
注入
克隆动物
体细胞核移植技术的流程
体细胞核移植过程
MⅡ
细胞融合
受体
供体
收集牛卵巢，采集卵母细胞(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（减Ⅱ中期）
(1)为什么选择卵母细胞作为核移植受体细胞？
①体积大，易操作
②含有促使细胞核表达全能性的物质
③营养物质丰富。
(2)为何要培养到MⅡ期？
此时的卵母细胞发育成熟，细胞质中具有激活重构胚以及早期胚胎发育的必需物质。
（此时的细胞核核膜核仁消失，为纺锤体-染色体复合物）
MⅡ期的次级卵母细胞
1 卵母细胞的培养
2 卵母细胞去核
（1)方法：
显微操作去核法
其它：梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。
优点：
在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使DNA变性，对卵母细胞伤害小。
（2)卵母细胞去核的原因？
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。
是去除纺锤体-染色体复合物
（3)“去核”实际去的是什么？
MⅡ期的次级卵母细胞
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，进行细胞培养
(1)供体：提供细胞核的个体；
供体细胞：有重要利用价值的动物
的体细胞。
(2)培养过程中，一般选用传代10代以内的细胞，为什么？
因为当传代至10-50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，而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。
3 供体细胞的选择和培养
4 供体细胞注入去核的卵母细胞
(1)将整个供体细胞注入去核卵母细胞的优点？
①保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便。
②传递线粒体DNA：
(2)两个细胞发生融合的方法
电融合法--供体核进入卵母细胞，形成重构胚。
电融合法
实质是直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内
将整个供体细胞注入卵母细胞
5重构胚的激活
（3）激活重构胚目的是？
使其完成细胞分裂和发育过程。
（1)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。
（2)如何激活重构胚？
用物理或化学方法(如电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活重构胚胎
重构胚
早期胚胎
如电刺激、Ca2+ 载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等
(代孕)母牛体内
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
克隆动物
早期胚胎
(1)动物体细胞核移植技术证明了？(原理）
已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性
(2)从遗传物质的角度分析，克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？
② 生物性状还受环境因素的影响。
① 克隆动物遗传物质来源
核遗传物质:
全部来自
供体动物的细胞核
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
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
6 胚胎移植
无性生殖
采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
从供体动物身上取体细胞
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
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
6.供体细胞注入卵母细胞的优点 __________________
7.诱导融合的方法____________________
8.融合的结果______________________________
9.重构胚概念_________________________________________
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________________________________________________________
MⅡ期（减数分裂Ⅱ中期）
卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富
细胞体积大，易于操作
显微操作（去核）法
纺锤体-染色体复合物
含有促进细胞核表现全能性的物质
使核移植得到的胚胎或动物核内遗传物质全部来自有重要利用价值的动物
对供体细胞损伤较小
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
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
2018年，中国西北农林科技大学成功克隆荷斯坦奶牛“妞妞”，其核供体为年产奶量超10吨的精英母牛。后续批量克隆的奶牛群体乳蛋白含量提升12%，繁殖效率提高30%。
(三)体细胞核移植技术的应用前景
转基因体细胞
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；
乳腺生物反应器
如果科学家获得了一个药用蛋白基因，如何生产大量药用蛋白？
②在治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植。
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发生免疫排斥反应。
(治疗性克隆)
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
各种细胞组织或器官
iPS细胞
取出
胚胎干细胞
诱导
移植
治疗性克隆
iPS细胞治疗
细胞发生转化
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。
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。
体细胞核移植技术 诱导iPS细胞
过程 细胞的来源
操作难度
都能生成干细胞，但它们的过程是完全不同的
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，生成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些，研究表明成纤维细胞、B淋巴细胞、T淋巴细胞等都可以
涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作
技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践
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。
（3)其他领域：
北方白犀牛是全球最濒危的哺乳动物之一，截至2024年，仅剩两只雌性个体（纳金和法图），且均为不孕老龄，物种已处于功能性灭绝边缘。为挽救这一物种，科学家尝试通过体细胞核移植技术（克隆）结合基因编辑进行干预。
该技术有望增加濒危物种的存活数量。
白鳍豚
金丝猴
（4)在保护濒危物种方面
北方白犀牛
相关资料：
培育克隆羊多莉时，共获得了277个融合的细胞，早期发育成功的胚胎却只有29个，移植后成功怀孕的母羊仅有1只，成功率只有0.36%。
培育体细胞克隆猴时，用了127个卵母细胞，获得109个核移植胚胎，移植给21只代孕母猴，只有6只成功怀孕，最后只诞生了2 只健康的小猴，成功率为1.57%。
多莉在2003年2月15日，因肺部感染而死亡，寿命只有7岁，而普通羊的平均寿命是12岁。
(四)体细胞核移植技术存在的问题
韦尔穆特与克隆羊多莉
克隆羊多莉真身标本
（1）成功率低：
克隆胚胎移植成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。
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；
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。
（3）理论研究较为滞后：
（2）健康问题：
“多莉”存活不足7年，远低于平均寿命
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
练习与应用
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
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（ ）
二、拓展应用
1．大熊猫是我国的国宝。尽管我国政府采取了许多保护措施，但由于大熊猫的繁殖能力低，幼仔成活率也低，它的数量仍然非常少。有科学家尝试采用体细胞核移植技术来克隆大熊猫。请你结合本节所学内容并搜集相关资料了解这方面的研究进展。也有人不赞成进行克隆大熊猫的研究，认为保护大熊猫的最好措施就是保护现有大熊猫及其生存环境，对此你有什么看法？
是否赞成克隆大熊猫，回答只要言之有理，就应该予以支持，并且还应该让他们认识到无论赞成还是反对克隆大熊猫的研究，都应该保护好大熊猫的生存环境，否则即使成功克隆了大熊猫，它们没有适宜的生存环境，也可能走向灭绝。
2．2003年，世界上第一只用体细胞克隆的哺乳动物—多莉，因患有严重的肺部疾病被实施了安乐死。它只活了7岁，而普通绵羊的平均寿命在12岁左右。多莉的死亡引发了关于克隆动物是否早衰的争论。一些研究者认为，克隆动物的端粒比较短，基因表达不正常，早衰是一种必然现象。另一些研究者则认为，克隆动物的遗传物质是正常的，目前发现的早衰迹象是在克隆过程中的一些技术问题造成的；或者克隆动物在发育过程中出现了变异，早衰只是偶然现象。请你搜集资料，寻找支持各方观点的研究证据。你也可以调查克隆动物存在的其他问题，并说明科学家是如何解决这些问题的。
在搜集证据的过程中，要提示他们注意证据的来源及其真实性和可靠性，进一步引导学生认识到虽然目前对克隆动物的早衰问题存在争论，但这样的争论有利于人类进一步了解生命现象，也有利于克隆技术更好地应用于医疗、农牧业等领域。

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