第2章

細胞工程動物體細胞核移植技術(shù)與克隆動物“（悟空）拔一把毫毛，丟在口中嚼碎，望空噴去，叫一聲‘變！’，即變作三二百個小猴，周圍攢簇（cù）?！边@是《西游記》中的一段描述，展示了中華先賢的想象力。毫毛來自體細胞，我們能用體細胞“變”出一群猴嗎？2017年，我國科學院神經(jīng)科學研究所孫強團隊將這一幕變成了現(xiàn)實，他們利用體細胞核移植技術(shù)成功克隆出兩只獼猴“中中”和“華華”。核移植卵細胞去核胚胎細胞取核核移植胚胎細胞取核卵細胞去核核移植技術(shù)結(jié)論：細胞核控制美西螈的膚色1.概念：將動物的一個細胞的細胞核，移入去核的卵母細胞中，使這個重新組合的細胞發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動物個體的技術(shù)。2.原理：動物細胞核具有全能性。用核移植的方法得到的動物稱為克隆動物。3.生殖方式：無性生殖一、動物細胞核移植技術(shù)4.分類：胚胎細胞核移植體細胞核移植核供體不同--細胞分化程度低，全能性容易表現(xiàn)--細胞分化程度高，全能性難以表現(xiàn)一、動物細胞核移植技術(shù)

1996年首個體細胞克隆動物多莉羊誕生以來，之后科學家成功克隆了多種大型家畜，但直到2017年才完成非人靈長類動物的克??！5.非人靈長類動物體細胞核移植的困難原因：①供體細胞的細胞核在去核卵母細胞中不能完全恢復(fù)其分化前的功能狀態(tài)，這導(dǎo)致了胚胎發(fā)育率低；②對非人靈長類動物胚胎進行操作的技術(shù)尚不完善。二、體細胞核移植的過程采集卵母細胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期通過顯微操作去“核”（染色體-紡錘體復(fù)合物）將供體細胞注入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞，形成重構(gòu)胚高產(chǎn)奶牛（供體）取體細胞進行培養(yǎng)生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的牛犢將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)用物理或化學方法（如電刺激、Ca2+載體、乙醇和蛋白酶合成抑制劑等）激活重構(gòu)胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育進程。二、體細胞核移植的過程分析單克隆抗體的制備過程：（1）供體細胞從哪里來？高產(chǎn)奶牛（供體）進行細胞培養(yǎng)來自有重要利用價值的動物，培養(yǎng)10代以內(nèi)的細胞。（2）受體細胞是什么細胞？為什么要選擇該細胞？采集卵母細胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期卵母細胞體積大，易操作；卵母細胞營養(yǎng)物質(zhì)豐富；卵母細胞細胞質(zhì)中含有促使細胞核表達全能性的物質(zhì)。MⅡ期卵母細胞。二、體細胞核移植的過程分析單克隆抗體的制備過程：（3）進行核移植前，須先對卵母細胞進行什么處理？為什么要進行該處理？通過顯微操作去“核”（染色體-紡錘體復(fù)合物）顯微操作去核。為使核移植動物的核遺傳物質(zhì)全部來自供體的細胞。卵母細胞第一極體透明帶核物質(zhì)（紡錘體—染色體復(fù)合物）卵母細胞透明帶核物質(zhì)第一極體（紡錘體—染色體復(fù)合物）【拓展】

卵母細胞去核

目前動物細胞核移植技術(shù)中普遍使用的去核方法是顯微操作法，也有人采用梯度離心、紫外線短時間照射和化學物質(zhì)處理等方法。這些方法時在沒有穿透卵母細胞透明帶的情況下去核或使其中的DNA變性。盡管梯度離心、紫外線照射和化學物質(zhì)處理等方法對卵細胞的損傷較小，但這些方法可能無法精確控制對細胞核的影響，容易造成周圍細胞質(zhì)的損傷，或者無法完全去除細胞核。二、體細胞核移植的過程分析單克隆抗體的制備過程：（4）在進行動物細胞核移植操作時，注入卵母細胞的是供體細胞還是其細胞核？為什么？通過顯微操作去“核”（染色體-紡錘體復(fù)合物）取體細胞進行培養(yǎng)將供體細胞注入去核的卵母細胞注入卵母細胞的是供體細胞。這種方法操作簡便，對卵母細胞損傷較小；還可以減少取核操作對核物質(zhì)的損傷。待核移植的體細胞去核卵母細胞去核卵母細胞透明帶二、體細胞核移植的過程分析單克隆抗體的制備過程：（5）如何促進供體細胞和去核的卵母細胞融合？融合后得到的是什么？通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞，形成重構(gòu)胚電融合法（此過程相當于受精過程--透明帶內(nèi)兩個細胞融合）。重構(gòu)胚（人工重新構(gòu)建的胚胎，具有發(fā)育成完成個體的能力）。（6）如何激活重構(gòu)胚使其完成細胞分裂和發(fā)育進程？用物理或化學方法（電刺激、Ca2+載體、乙醇和蛋白酶合成抑制劑等）二、體細胞核移植的過程分析單克隆抗體的制備過程：（7）克隆動物是對體細胞供體動物100%的復(fù)制嗎？為什么？生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的牛犢不是。克隆動物細胞核中的遺傳物質(zhì)來自供體動物，但細胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)同時來自供體細胞和受體卵母細胞，卵母細胞細胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)會影響克隆動物的性狀；此外，生物性狀還受環(huán)境因素的影響。體細胞核移植技術(shù)與誘導(dǎo)iPS細胞相比，有什么相似或不同之處?請你預(yù)測它們應(yīng)用前景的差異。

通過體細胞核移植技術(shù)可以生成帶有核供體細胞遺傳物質(zhì)的胚胎干細胞；誘導(dǎo)iPS細胞需要在細胞中表達幾個關(guān)鍵基因，將細胞逆轉(zhuǎn)到類似胚胎干細胞的狀態(tài)。體細胞核移植技術(shù)對核供體細胞有較高要求，一般情況下體細胞的分化程度越高，它重編程為干細胞的成功率就越低；可誘導(dǎo)成為iPS細胞的細胞來源相對廣些，研究表明成纖維細胞、B淋巴細胞、脂肪干細胞等都可以誘導(dǎo)成為iPS細胞。體細胞核移植技術(shù)涉及采集卵母細胞、去核、融合等復(fù)雜的操作；誘導(dǎo)iPS細胞的技術(shù)流程相對簡單，可能更適合用于生產(chǎn)實踐。三、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景1.在畜牧生產(chǎn)中加速家畜遺傳改良進程、促進優(yōu)良畜群繁育。三、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景2.在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域通過建立轉(zhuǎn)基因體細胞系，再利用體細胞核移植技術(shù)培育的轉(zhuǎn)基因克隆動物可以作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)許多珍貴的醫(yī)用蛋白；藥用蛋白基因啟動子①將DNA注入綿羊受精卵代孕母羊藥用蛋白分離純化含藥用蛋白的乳汁②③④三、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景2.在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域在治療人類疾病時，轉(zhuǎn)基因克隆動物的細胞、組織或器官可以作為異種移植的供體；三、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景2.在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域以患者作為供體培育的人核移植胚胎干細胞，經(jīng)過誘導(dǎo)分化能形成相應(yīng)的細胞、組織或器官，將它們移植給患者時可以避免免疫排斥反應(yīng)。三、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景3.在科研領(lǐng)域研究克隆動物可以使人類更深入地了解胚胎發(fā)育及衰老過程；克隆一批遺傳背景相同的動物，可以通過它們之間的對比來分析致病基因；克隆特定疾病模型的動物，還能為研究該疾病的致病機制和開發(fā)相應(yīng)的藥物提供幫助。三、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景4.在保護瀕危物種方面該技術(shù)有望增加瀕危物種的存活數(shù)量。2022年6月，世界首例克隆北極狼在北京誕生。2023年我國成功克隆雪域高原瀕危牛種阿沛甲咂牛。四、核移植技術(shù)存在的問題1.成功率低克隆胚胎移植成功率非常低，各個技術(shù)環(huán)節(jié)有待進一步改進2.理論研究較為滯后需要與發(fā)育生物學、細胞生物學和分子遺傳學等學科更深層次的理論研究相結(jié)合3.健康問題許多克隆動物表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷，如體型過大、異常肥胖、發(fā)育困難、臟器缺陷、免疫缺陷等近期，一個叫“大蒜”的克隆貓引起了社會的關(guān)注，因為它是中國第一只克隆貓。工作人員從去世不久的“大蒜”腿部采集了一塊表皮，與去核的卵母細胞融合，生成克隆胚胎，代孕貓經(jīng)過自然分娩，順利生產(chǎn)出克隆貓“大蒜”?？寺∝垺按笏狻迸c誰最相似（）A．死去的“大蒜” B．提供卵母細胞的貓C．代孕貓 D．與上述三者都不像A野生動物郊狼的物種數(shù)量近年不斷減少、瀕臨滅絕，科研人員利用種間體細胞核移植技術(shù)（iSCNT）培育小郊狼的流程如下圖。下列敘述正確的是（

）A．卵母細胞去核不需要在顯微鏡下操作B．iSCNT技術(shù)比胚胎細胞核移植技術(shù)難度要大C．郊狼的耳廓組織培養(yǎng)時只需提供營養(yǎng)即可D．小郊狼與郊狼遺傳物質(zhì)完全相同B如圖為某哺乳動物生殖過程示意圖。下列相關(guān)敘述中錯誤的是（）A．動物個體①②的產(chǎn)生分別屬于有性生殖和無性生殖B．按照動物個體②的產(chǎn)生方式，后代的性別比例仍為1:1C．動物個體②的產(chǎn)生表明，動物細胞核也具有全能性D．圖中a、b、c三種細胞的產(chǎn)生方式，僅c為有絲分裂B（多選）中國科學家經(jīng)過反復(fù)試驗，攻克了體細胞克隆猴的障礙，在全世界率先成功地應(yīng)用體細胞克隆出非人靈長類動物，獲得兩只克隆猴--“中中”和“華華”。下列敘述錯誤的是（

）A．用胰蛋白酶處理胎猴的皮膚組織制成細胞懸液，再置于含95%CO2的恒溫箱中培養(yǎng)B．通常作為核移植受體的卵母細胞需發(fā)育到減數(shù)第一次分裂中期才可進行核移植C．從卵巢采集到的卵母細胞經(jīng)成熟培養(yǎng)后進行“去核”處理，這里的“核”是指細胞核D．胚胎細胞核移植難度低于體細胞核移植，原因是胚胎細胞分化程度低，容易表現(xiàn)出全能性ABC一、概念檢測1.假設(shè)世界上最后一頭野驢剛死亡，以下使它“復(fù)生”的方案中可行的是

（

）A.將野驢的基因?qū)爰殷H的受精卵中，培育出新個體B.將野驢的體細胞取出，利用組織培養(yǎng)培育岀新個體C.將野驢的體細胞兩兩融合，再經(jīng)組織培養(yǎng)培育出新個體D.將野驢的體細胞核移植到家驢的去核卵母細胞中，