资源简介

(共42张PPT)
目录 /CONTENTS
01
发酵工程
02
细胞工程
03
基因工程
04
生物技术的安全性与伦理问题
第2章 细胞工程
第2节 动物细胞工程
第2章 细胞工程
第2节 动物细胞工程
第3课时 动物细胞核移植技术和克隆动物
2.2.3 动物体细胞核移植技术
本节聚焦：
1.什么是动物细胞核移植技术？
2.动物体细胞核移植的基本过程是什么？
3.体细胞核移植技术的应用前景有哪些？
4.怎样理性看待体细胞核移植技术存在
的问题？
【情景导入】
“（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。
视频：孙悟空毫毛变小猴子
毫毛来自悟空的体细胞，我们能用体细胞“变”出猴来吗？
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”（如下图)。克隆猴的过程当然不会像孙悟空吹口气那么简单，最大的困难是如何才能激发动物细胞表达其全能性。
核移植相当于孙悟空的“魔法”。
自学指导1：阅读P52，回答下列问题，限时2分钟
1、动物细胞核移植定义？划出关键词、原理是？
2、哺乳动物核移植的类型有？哪一个难度更高？原因是？
3、为什么在动物体细胞核移植中，非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难？
一、动物细胞核移植技术
1.概念：
用核移植的方法得到的动物称为克隆动物
细胞核
去核的卵母细胞
新胚胎
动物个体
供体细胞
受体细胞
卵母细胞
动物细胞
去核
取核
移入
重组细胞
新胚胎
克隆动物
发育
发育
将动物一个细胞的 ，移入 中，使这个重新组合的细胞发育成 ，继而发育成 的技术。
一、动物细胞核移植技术
为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”
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。
植物组织培养技术
核移植技术
单克隆抗体技术、
PCR 技术
动物细胞培养技术
植物细胞培养技术
一、动物细胞核移植技术
2.原理：
动物细胞核的全能性
4.种类：
3.生殖方式：
无性生殖
胚胎细胞核移植：
体细胞核移植：
细胞分化程度 ，
表现全能性 ；
细胞分化程度 ，
表现全能性 。
相对容易
高
十分困难
低
整个细胞随分化程度的提高，分化潜能逐渐减弱，全能性受到限制
因此动物体细胞核移植难度明显高于胚胎细胞核移植
鼠和兔等哺乳动物与人类的亲缘关系比较远，用它们筛选出来的药物对人类的效果不好甚至没有作用。
一、动物细胞核移植技术
思考1：为什么体细胞克隆猴的诞生能够轰动世界 有什么困难吗？
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分化前的 功能状态，这导致了胚胎发育率低；
②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
我国科学家经过多年努力，攻克了这些障碍，终于成功获得了世界上首例体细胞克隆猴。
思考2：为什么要进行克隆猴的研究？
研发新药时，进行药物的筛选。
克隆鼠、兔等不能吗？
自然界的猴？
①自然界的猴繁殖慢，
②自然界的猴基因型不同，会干扰实验结果。
③有时用转基因猴进行药物筛选效果更好
思考1、为什么胚胎细胞作为受体细胞的成功率更大？
①受体细胞的细胞质环境必须能使细胞的细胞从一种表达谱转换成另一套不同的表达谱，以改变“细胞命运” 。即： “重置”供体核基因的表观遗传修饰
教材·必修二·p74
②受体细胞必须具有支持胚胎发育的潜力包括提供必要的营养物质、mRNA和蛋白质。
思考2、自然界中什么细胞具备这样的能力？
卵原细胞
卵细胞（1个）+极体（3个）
减数分裂
卵原细胞
有丝 分裂
间期 分裂期（M期）
M I M II
前期 中期 后期 末期
前期 中期 后期 末期
在M I前期停滞
青春期前
周期
进行
青春期
开始后
次级卵母细胞
第一极体
产生
从卵泡排出
进入输卵管
在M II中期停滞
（短暂）
M II中期卵母细胞
教材p57-图2-20
1、短暂停滞的原因：
②卵母细胞需要精子的激活、解除相关蛋白质的作用，才能退出M II中期并启动后续发育程序。
2、细胞特点：
①相关蛋白质分子（如：较高水平的MPF和CSF）调控卵母细胞维持在M II中期
①具备受精的能力
②含有促进细胞表现出全能性相关的物质（如：MPF）
注意：一般选用培养10代以内的细胞，
原因：10代以内的细胞一般能保证供体细胞正常的遗传基础。
注意：供体细胞不选生殖细胞，要选体细胞
原因：生殖细胞的染色体数只有体细胞的一半。
3、体细胞核移植流程：
笔记：MⅡ期卵母细胞特点
①体积大，易操作
②卵黄多，营养物质多
③含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件（主要原因）
如促成熟因子（MPF）其水平高低可影响供体细胞核调控表观遗传重编程
分析：什么是去核？为什么要去核？用什么方法去核？
去核
1、本质：
2、原因：
3、方法：
使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自优良供体细胞
（1）主要方法：显微操作法
（2）其他方法：物理方法、化学方法，p53相关信息
拓展：去核的同时一并吸出第一极体
p53
去除纺锤体-染色体复合物
重构胚开始细胞分裂、开始发育
激活
分析：为什么要激活？激活前、后的重构胚有何变化？
项目 激活前的重构胚 激活后的重构胚 备注
细胞状态 处于静止状态， 细胞核未分裂。 细胞核开始重编程， 进入分裂状态。 激活后细胞核从体细胞状态恢复到全能性状态。
代谢活动 代谢活动较低， 细胞内生化反应未启动。 代谢活动显著增强，DNA复制、蛋白质合成等生化反应开始。 激活后胚胎进入发育状态。
发育潜力 无法继续发育，停留在单细胞或早期细胞阶段。 具有发育潜力，可继续分裂并形成囊胚，可能发育为完整个体。 激活是启动胚胎发育的关键步骤。
表观遗传状态 供体细胞核保留体细胞的表观遗传特征（如DNA甲基化、组蛋白修饰）。 表观遗传修饰发生改变，逐渐恢复到胚胎状态。 重编程过程涉及DNA去甲基化和组蛋白修饰变化。
重构胚开始细胞分裂、开始发育
激活
桑椹胚（或胚囊）
胚胎培养
模拟输卵管环境
胚胎发育失败
胚胎基因表达异常
着床率高于早期胚胎（卵裂期胚胎）
胚胎移植
进行同期发情处理
①含义：
是指用激素处理供体牛和受体母牛，使其子宫处于相同的发育状态。
②目的：
为供体胚胎的移入提供相同的生理环境（有利于胚胎着床）
分析1：克隆动物遗传物质来源谁？受体？供体？代孕母牛？
分析2：克隆动物性状有什么特点？像受体牛？像供体牛？像代孕母牛？还是？
3、体细胞核移植流程：
移植失败、流产、早产、难产……
②细胞质遗传物质 （线粒体DNA） ：
1、克隆动物的遗传物质来源
①细胞核遗传物质：
一部分来自 细胞，
另一部分来自 。
全部来自供体动物的细胞核
供体
受体卵母细胞
【笔记】
2、克隆动物的遗传物质不是对供体的100%复制的原因
克隆动物细胞核中的遗传物质100%来自供体细胞，
克隆动物细胞质中的遗传物质同时来自供体细胞和受体卵母细胞；
③生物性状还受环境因素的影响。
④在个体发育过程中有可能发生基因突变、染色体变异等。
注：代孕母牛提供胚胎发育的环境（子宫），确保克隆牛的正常发育，不会改变克隆牛的遗传物质或性状。
3、体细胞核移植流程：
动物细胞培养技术
动物细胞融合技术
早期胚胎培养技术
胚胎移植技术
证明了：动物体细胞的细胞核具有全能性
动物体细胞核移植技术
4、哺乳动物核移植分类：
（1）体细胞核移植：
（2）胚胎细胞核移植：
（相对容易）
（十分困难）
5、困难
p52
是指除人类以外的所有灵长类动物
我国科学家经过多年努力，攻克了这些障碍，终于成功获得了世界上首例体细胞克隆猴。
【学情检测2】p66-3题、独立完成3min
(1)研究人员在将胎猴的体细胞注人去核的卵母细胞前，用灭活的仙台病毒进行了短暂处理。在此过程中,灭活的仙台病毒所起的作用是什么？
诱导细胞融合
(2)为了调节相关基因的表达，提高胚胎的发育率和妊娠率，研究人员将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注人了重构胚，同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA处理了它。这两种物质发挥作用的机制是什么
这两种物质都是通过改变组蛋白的表观遗传修饰来调控基因表达。
具体表现为：组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA可以表达组蛋白去甲基化酶，该酶能降低组蛋白的甲基化水平；
组蛋白脱乙酰酶抑剂 TSA 可以抑制组蛋白脱乙酰酶的作用，提高组蛋白的乙酰化水平。
(3)评论者所说的培育过程中用到的“聪明的化学方法和操作技巧”，你认为具体体现在什么地方？
“操作技巧” 是指科学家经过大量的训练，能在10s内完成对卵母编胞的去核操作。能在15s内将体细胞注入去核的卵母细胞。这样迅速的操作大大减少了对卵母细胞的损伤。
“聪明的化学方法”是指对重构胚的处理用了TSA 以及将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的 mRNA 注入了重构胚。这可以促进囊胚的发育和提高代孕母猴的妊娠率。
(4)你认为体细胞克隆猴的成功培育有什么意义
在医学研究中通常需要用到遗传背景相似或相同的实验动物，这样实验组和对照组的比较才更具有说服力。小鼠因其能快速地进行近亲繁殖，产生大遗传背景相似的后代，而被广泛用作实验动物。但是小鼠与人的亲像关系太远。很多在小鼠体内有效的候选药物，用在人身上不一定有效，或有很大的副作用；在小鼠体内存在的致病机制也不一定存在于人体内。由于与人的亲缘关系极近。培有大批具有相同遗传背景的克隆猴，对人类疾病致和机制的研究和新药的研发等具有重要意义。特别是在脑研究方面。克隆猴的培育将大大促进人类脑疾病的研究和治疗。
例如，我们可以培有一批“模型猴”，标记它们的某一类神经元，追踪神经连接。由于这些猴的遗传背景一致，所以在研究中可以最大限度排除由基因差异造成的大脑结构形状不一的问题。克隆猴的成功培有标志着我国在非人灵长类疾病动物模型研究方面处于国际领先水平。
体细胞核移植技术的应用前景·畜牧生产
①加速家畜 进程、促进优良畜群繁育；
遗传改良
①转基因克隆动物作为 ，生产珍贵的 。
②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于 。
体细胞核移植技术的应用前景·医药卫生领域
生物反应器
医用蛋白
异种移植
乳汁中分泌人抗胰蛋白酶的
转基因羊（生物反应器）
转基因克隆动物的细胞、组织、器官
可作为异种移植的供体
③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 反应。
体细胞核移植技术的应用前景·医药卫生领域
免疫排斥
体细胞核移植技术的应用前景·科学研究
①研究克隆动物可使人类更深入地了解 及 。
衰老过程
胚胎发育
体细胞核移植技术的应用前景·科学研究
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
；
③克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病的 和
提供帮助。
分析致病基因
致病机制
开发相应的药物
体细胞核移植技术的应用前景·保护濒危物种方面
①保护 ，增加濒危物种的存活数量
濒危物种
2022年6月，世界首例克隆北极狼
在北京诞生。
2023年我国成功克隆雪域高原濒危
牛种阿沛甲咂牛。
黑草黄弄蝶
白鳍豚
金丝猴
该技术有望增加濒危物种的存活数量
体细胞核移植技术存在的问题
① :
成功率非常低，各个技术环节也有待进一步改进。
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，如体形过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。
成功率低
理论研究较为滞后
存在健康问题
克隆胚胎移植成功率平均不到10%
本节小结
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进程
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
判断正误P36
(1)克隆动物的遗传物质全部来自供体细胞(　　)
(2)重构胚具有发育成完整个体的能力(　　)
(3)激活重构胚常用的方法有电刺激、Ca2＋载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等(　　)
×
细胞核遗传物质来自供体细胞，
细胞质遗传物质来自供体细胞和去核卵母细胞。
√
√
　考点训练　
1.某杂志报道，我国科学家以一只雌性猕猴胎儿成纤维细胞为核供体成功克隆两只猕猴，成为全球首例体细胞克隆灵长类动物。下列相关叙述错误的是（ ）
A.这项技术证明高度分化的动物体细胞具有全能性
B.研究中需要使用成熟卵母细胞作为核移植的受体
C.培育出的两只雌性猕猴的基因组成几乎完全相同
D.克隆猕猴的成功为大量培育灵长类遗传病模型动物提供了可能
该过程经过了细胞核移植，只能说明分化的动物体细胞的细胞核具有全能性
　考点训练　
2.“中中”和“华华”是两只在我国出生的克隆猕猴，它们也是国际上首例利用体细胞克隆技术获得的非人灵长类动物。如图表示培育“中中”和“华华”的流程。下列相关叙述正确的是( )
A.图示过程中利用的技术有核移植和干细胞移植技术等
B.这两只克隆猕猴是由同一受精卵发育而成的双胞胎
C.融合细胞的培养过程需要无菌、无毒的环境和营养等条件
D.利用A猴的胚胎干细胞核移植获得克隆猕猴的难度要更大
图示过程包括核移植、动物细胞培养、胚胎移植等技术，没有干细胞移植技术
这两只克隆猕猴是通过体细胞核移植、胚胎移植产生的，没有用到受精卵
3．《Cell》以封面文章在线发表了世界首例体细胞克隆猴“中中”和“华华”诞生的成果，中国科学院的这项研究，率先开启了构建非人灵长类动物模型、研究人类疾病的新时代。请回答下列问题。
(1)动物体细胞核移植的受体细胞一般选用_________________细胞。进行相关显微操作时，一般用微型吸管一并吸出细胞核和________。去掉受体细胞的细胞核，目的是______________________。
MⅡ期的卵母(减数分裂Ⅱ中期的卵母)
第一极体
保证核遗传物质来自供体细胞
　考点训练　
(2)在CO2培养箱中培养供体细胞时，必须保证细胞处于____________的环境中，所需营养与体内基本相同。
(3)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度______(填“大于”或“小于”)体细胞核移植，其原因是_________________________________。
无菌、无毒
小于
胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易
解析：(1)核移植的受体细胞一般选用MⅡ期的卵母(减数分裂Ⅱ中期的卵母)细胞。进行相关显微操作时，一般用微型吸管一并吸出细胞核和第一极体。核移植以前，必须去掉受体卵母细胞的核，目的是保证核遗传物质来自供体细胞。
(2)在CO2培养箱中培养供体细胞时，必须保证细胞处于无菌、无毒的环境中，所需营养与体内基本相同。
(3)胚胎细胞核移植的难度小于体细胞核移植，其原因是动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易。

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