第2章

細(xì)胞工程第2節(jié)動物細(xì)胞工程三

動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物學(xué)習(xí)目標(biāo)1.闡明動物細(xì)胞核移植技術(shù)的概念和原理。(生命觀念)2.以文字和圖示表述體細(xì)胞核移植的過程。（科學(xué)思維）3.說明體細(xì)胞核移植的應(yīng)用及對生殖性克隆人等社會議題進(jìn)行理性判斷。(社會責(zé)任)中華先賢的奇思妙想：“（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(xì)胞，我們能用體細(xì)胞“變”出猴來嗎？2017年，中國的科學(xué)家利用“動物體細(xì)胞核移植技術(shù)”將這一幕變成了現(xiàn)實(shí)。2017年11月27日，世界上首個體細(xì)胞克隆猴“中中”在中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所(上海)、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心的非人靈長類平臺誕生(蘇州)；12月5日第二個克隆猴“華華”誕生。自1996年首個體細(xì)胞克隆動物多莉羊誕生以來，人類已經(jīng)成功克隆了馬、牛和豬等大型家畜，但為什么體細(xì)胞克隆猴的誕生能轟動世界呢?高度分化的植物細(xì)胞仍保持全能性，但動物與植物細(xì)胞不同，動物細(xì)胞的全能性會隨著分化程度提高而逐漸受到抑制，分化潛能逐漸變?nèi)?。因此，目前還不能用類似植物組織培養(yǎng)的方法獲得完整的動物個體，用動物體細(xì)胞克隆的動物實(shí)際是通過核移植來實(shí)現(xiàn)的一、體細(xì)胞核移植技術(shù)1.動物細(xì)胞核移植技術(shù)①概念：將動物的一個細(xì)胞的細(xì)胞核移入去核的卵母細(xì)胞中，使其重組并發(fā)育成一個新的胚胎，這個新的胚胎最終發(fā)育為動物個體的技術(shù)。胚胎細(xì)胞核移植③分類：體細(xì)胞核移植較容易較難②原理：動物細(xì)胞核具有全能性。分化程度低，全能性易表現(xiàn)分化程度高，全能性難表現(xiàn)非人靈長類動物體細(xì)胞核移植非常困難的兩個原因：①供體細(xì)胞的細(xì)胞核在去核卵母細(xì)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非人靈長類動物胚胎進(jìn)行操作的技術(shù)尚不完善。一、體細(xì)胞核移植技術(shù)相關(guān)概念：動物的一個細(xì)胞的細(xì)胞核去掉核的卵母細(xì)胞形成重新組合的細(xì)胞并發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動物個體。用動物細(xì)胞核移植技術(shù)得到的動物稱為克隆動物，是一種無性生殖。供體：受體：結(jié)果：克隆動物動物細(xì)胞核移植的概念理解注意：動物體細(xì)胞核移植技術(shù)的最終目的是獲得克隆動物。二、體細(xì)胞核移植的過程①收集牛卵巢，采集卵母細(xì)胞，體外培養(yǎng)到MⅡ期③供體細(xì)胞的選擇和培養(yǎng)②顯微操作去核④將供體細(xì)胞注入去核卵母細(xì)胞⑤通過電融合法使兩細(xì)胞融合，供體核進(jìn)入卵母細(xì)胞，形成重構(gòu)胚⑦分娩獲得克隆動物高產(chǎn)奶牛（供體）⑥將胚胎植入受體取供供體體細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育生出與供體遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛二、體細(xì)胞核移植的過程二采集卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期從供體高產(chǎn)奶牛身上取體細(xì)胞顯微操作去核對體細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)去核的卵母細(xì)胞供體細(xì)胞電融合法將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞重構(gòu)胚用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚，使其完成

細(xì)胞分裂和發(fā)育早期胚胎將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛(1)材料的選擇：①供體：一般選優(yōu)良動物的傳代10代以內(nèi)的細(xì)胞，因?yàn)?0代以內(nèi)的細(xì)胞遺傳物質(zhì)一般沒發(fā)生變化，能保證遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定。②受體：一般為減數(shù)分裂Ⅱ中期(MⅡ期)的次級卵母細(xì)胞。(2)選擇MⅡ期卵母細(xì)胞的原因：①M(fèi)Ⅱ期卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中含有激發(fā)細(xì)胞核全能性表達(dá)的物質(zhì)；②卵母細(xì)胞體積大，易操作；③卵母細(xì)胞卵黃多，營養(yǎng)物質(zhì)豐富。一般不選生殖細(xì)胞，因?yàn)樗暮诉z傳物質(zhì)減半了。二、體細(xì)胞核移植的過程二采集卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期從供體高產(chǎn)奶牛身上取體細(xì)胞顯微操作去核對體細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)去核的卵母細(xì)胞供體細(xì)胞電融合法將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞重構(gòu)胚用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚，使其完成

細(xì)胞分裂和發(fā)育早期胚胎將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛(3)卵母細(xì)胞去核的目的，“去核”去的是什么？目的：保證克隆動物的核基因全部來自供體細(xì)胞去除的為紡錘體-染色體復(fù)合物。(4)將整個供體細(xì)胞注入卵母細(xì)胞中有何優(yōu)點(diǎn)？

去核時，由于MⅡ期卵母細(xì)胞核的位置靠近第一極體，用微型吸管一般一并吸出第一極體①對卵母細(xì)胞損傷較??；②保證供體細(xì)胞的細(xì)胞核不被破壞，操作方便。二、體細(xì)胞核移植的過程二采集卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期從供體高產(chǎn)奶牛身上取體細(xì)胞顯微操作去核對體細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)去核的卵母細(xì)胞供體細(xì)胞電融合法將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞重構(gòu)胚用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚，使其完成

細(xì)胞分裂和發(fā)育早期胚胎將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛(5)誘導(dǎo)融合的方法？融合的結(jié)果？電融合法供體核進(jìn)入卵母細(xì)胞，形成重構(gòu)胚人工重新構(gòu)建的胚胎，具有發(fā)育成完整個體的能力。(6)什么是重構(gòu)胚？激活重構(gòu)胚的方法？用這些方法處理重構(gòu)胚的目的？激活重構(gòu)胚，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育過程電刺激或Ca2+載體、乙醇和蛋白酶合成抑制劑二、體細(xì)胞核移植的過程二采集卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期從供體高產(chǎn)奶牛身上取體細(xì)胞顯微操作去核對體細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)去核的卵母細(xì)胞供體細(xì)胞電融合法將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞重構(gòu)胚用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚，使其完成

細(xì)胞分裂和發(fā)育早期胚胎將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛(8)該過程用到哪些技術(shù)手段？動物細(xì)胞核移植、動物細(xì)胞培養(yǎng)、動物細(xì)胞融合、早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植早期胚胎培養(yǎng)動物細(xì)胞培養(yǎng)胚胎移植動物細(xì)胞融合動物細(xì)胞核移植技術(shù)已分化的動物體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性(9)該技術(shù)證明了什么？(7)新生牛的性別、基因像誰？性別與供體相同，基因與供體基本一致二

體細(xì)胞核移植的過程重構(gòu)胚出生與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢?？寺游锸菍w細(xì)胞供體動物進(jìn)行了100%的復(fù)制嗎？為什么？問克隆動物遺傳物質(zhì)細(xì)胞核的DNA來自于供體動物的細(xì)胞核線粒體中的DNA供體細(xì)胞和卵母細(xì)胞生活環(huán)境：性狀可能發(fā)生基因突變、染色體變異等可遺傳變異（受體）體細(xì)胞核移植技術(shù)與誘導(dǎo)ips細(xì)胞相比，有什么相似或者不同之處？核移植技術(shù)誘導(dǎo)ips細(xì)胞可以獲得帶有核供體細(xì)胞遺傳物質(zhì)的胚胎干細(xì)胞需要在細(xì)胞中表達(dá)幾個關(guān)鍵基因，將細(xì)胞逆轉(zhuǎn)到類似

的狀態(tài)。對核供體細(xì)胞有較高要求，一般情況下體細(xì)胞的分化程度越高，它重編程轉(zhuǎn)化為干細(xì)胞的成功率就越低可誘導(dǎo)成為iPS細(xì)胞的細(xì)胞來源相對廣一些，研究表明

細(xì)胞、

細(xì)胞、

細(xì)胞等都可以誘導(dǎo)成為iPS細(xì)胞涉及采集卵母細(xì)胞、去核、融合等復(fù)雜的操作技術(shù)流程相對簡單，可能更適合用于生產(chǎn)實(shí)踐胚胎干細(xì)胞成纖維BT都能獲得干細(xì)胞拓展：克隆思考：下列克隆分別用什么技術(shù)：動物細(xì)胞克隆——動物克隆——

植物克隆——動物細(xì)胞培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)核移植三、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題（1）在畜牧生產(chǎn)中加速家畜遺傳改良進(jìn)程、促進(jìn)優(yōu)良畜群繁育三、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題（2）在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域：①建立轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞系，再利用此技術(shù)培育的轉(zhuǎn)基因克隆動物可作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白。②治療人類疾病時，轉(zhuǎn)基因克隆動物的細(xì)胞、組織或器官，可作為異種移植的供體。③患者的核移植胚胎干細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)分化，能形成相應(yīng)的細(xì)胞、組織或器官可用于移植以避免免疫排斥反應(yīng)。三、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題病人取核去核卵母細(xì)胞重構(gòu)胚胎各種細(xì)胞組織或器官誘導(dǎo)取出體細(xì)胞核移植移植成纖維細(xì)胞取出轉(zhuǎn)入相關(guān)因子iPS細(xì)胞各種細(xì)胞組織或器官胚胎干細(xì)胞取出誘導(dǎo)移植治療性克隆iPS細(xì)胞治療細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化三、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題（3）在科研領(lǐng)域：①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；②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；③克隆特定疾病模型的動物，還能為研究該疾病的致病機(jī)制和開發(fā)相應(yīng)的藥物提供幫助。三、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題（4）在保護(hù)瀕危物種方面：該技術(shù)有望增加瀕危物種的存活數(shù)量（不能提高生物多樣性）黑草黃弄蝶白鰭豚金絲猴三、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題存在問題（1）該技術(shù)的成功率非常低，各個技術(shù)環(huán)節(jié)有待進(jìn)一步改進(jìn)。（2）相對于技術(shù)研究，核移植的理論研究較為滯后，需要與發(fā)育生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等學(xué)科更深層次的理論研究相結(jié)合。（3）絕大多數(shù)克隆動物存在健康問題，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、臟器缺陷和免疫失調(diào)等。課堂小測1.動物細(xì)胞核移植技術(shù)中能用作受體細(xì)胞的通常有MⅡ期卵母細(xì)胞和受精卵。早期核移植技術(shù)中常用受精卵，后來基本上用MⅡ期卵母細(xì)胞取代了受精卵，主要原因是兩者的()A.細(xì)胞大小不同 B.基因數(shù)目不同C.染色體形態(tài)不同 D.細(xì)胞質(zhì)環(huán)境不同D課堂小測2.下列關(guān)于動物體細(xì)胞核移植和克隆的敘述，錯誤的是()A.利用體細(xì)胞核移植技術(shù)可以促進(jìn)優(yōu)良畜群繁育B.利用體細(xì)胞核移植培育的轉(zhuǎn)基因克隆動物可以作為生物反應(yīng)器C.通過體細(xì)胞核移植技術(shù)獲得克隆動物技術(shù)的成功率已經(jīng)非常高D.克隆動物通常會表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷，以及會存在健康問題C課堂小測3.通過核移植等技術(shù)獲得克隆哺乳動物（二倍體）的一般流程如圖所示。下列說法錯誤的是()A.從哺乳動物卵巢中采集到的