备课素材：核移植后核基因重排的机理2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3

核移植后核基因重排的机理 2019版高中生物学选择性必修介绍了核移植技术： 2012年在细胞核移植“细胞核重新编程”研究获得诺贝尔生理学奖的成果。 那么，如何理解细胞核移植的基因重排？ 2012年诺贝尔生理学或医学奖在瑞典斯德哥尔摩揭晓，京都大学物质－细胞统合系统据点iPS细胞研究中心主任长山中伸弥、英国发育生物学家约翰－戈登因在“细胞核重新编程”研究领域的杰出贡献而获奖。 格登和山中伸弥教授发现，成熟的、专门的细胞可以重新编程，成为未成熟的细胞，并进而发育成人体的所有组织。卡罗林斯卡医学院的新闻公报称，两位科学家的发现彻底改变了人们对细胞和器官生长的理解。教科书因之改写，新的研究领域被建立起来。 1962年，约翰·戈登发现细胞的特化是可逆转的。在一项经典实验中，他将一个青蛙卵细胞的细胞核替换为成熟肠细胞的细胞核。这个改变了的卵细胞发育成为一只正常的蝌蚪。该成熟细胞的DNA仍含有发育成青蛙所需的全部信息。 40多年后，山中伸弥在2006年发现了小鼠的完整成熟细胞是如何能够被重编程为非成熟干细胞。令人惊讶的是，通过导入仅仅少量的基因，就可以将成熟细胞重编程为多能干细胞，即可发育成为身体各种组织的非成熟细胞。  这两项突破性的发现彻底改变了我们对于发育和细胞特化的看法。现在，我们知道成熟细胞并不需要永远局限在它的特化功能里。历史被改写，新的研究领域产生。 通过重编程人体细胞，疾病研究的新机遇获得实现，诊断与治疗的新方法获得发展。 什么是DNA（基因）重排？ 资料1：所谓重编程就是已分化细胞的核基因组恢复其分化前的功能状态。 资料2：所谓“体细胞重编程技术”即将成年体细胞重新诱导回早期干细胞状态，即获得iPS细胞。iPS细胞与胚胎干细胞一样，具有发育的全能性，即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞。 根据上述知识，按照教材中的说法，是因为原先的调节蛋白（核移植时带入）使得核基因不能转录，等到调节蛋白失去原有的作用后，去核的卵细胞质中的蛋白因子发挥作用，核基因重排，全能性表达。 核移植技术的应用 体细胞克隆技术是指把动物体细胞经过抑制培养，使细胞处于休眠状态。 采用核移植的方法，利用细胞拆合或细胞重组技术，将卵母细胞去核作为核受体，以体细胞或含少量细胞质的细胞核即核质体作为核供体，将后者移入前者中，构建重组胚，供体核在去核卵母细胞的胞质中重新编程，并启动卵裂，开始胚胎发育过程，妊娠产仔，克隆出动物的技术，又可称之为体细胞核移植技术。 例如，克隆绵羊“多利”，它是利用细胞拆和技术将成熟母绵羊乳腺细胞核取出并导入到另一只母绵羊的去核卵细胞，再将这个基因已被“调包”的卵细胞放电激活，使其开始像正常的受精卵那样进行细胞分裂；当细胞分裂进行一定阶段、胚胎已经形成后，再将这个胚胎植到第三只母绵羊，经过正常的妊娠后产下“多利”。 克隆“多利”示意图 核移植后核重排机理 1、核移植后细胞功能上的变化 动物体细胞核能被去核卵重新编程，获得发育的全能性。 在重编程过程中，核仁结构发生变化，组蛋白被修饰，端粒酶基因能被重编程，从而恢复核移植后代的端粒长度，核移植后，克隆后代出现X染色体失活，核基因能被重编程，引起基因表达改变。 2、核移植后核基因重排的机理 该领域一个惊人突破发生在2006年，Takahashi和Yamanaka发现向小鼠成体成纤维细胞里转入四个基因（Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4）以后，这些细胞能被诱导成为具有胚胎干细胞特征的细胞。后来引入Nanog表达的筛选系统后，得到的干细胞移植到具有免疫耐受能力的受体胚胎时，还显示出参与发育的能力。因此可以证明它们是具有多能性的，所以叫做诱导性多能干细胞，或称iPS细胞。 从人的体细胞上获得多能干细胞也需要上述的四个转录因子或者另外一组由Oct4、Sox2、Nanog和Lin28组成的重编程基因。这些程序现在已经得到确认并得到了发展。 例、下列对动物核移植技术的描述错误的是（　 ）A．哺乳动物核移植包括胚胎细胞核移植和体细胞核移植，动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎核移植B．体细胞核移植的过程中可通过显微操作去核法去除卵母细胞中的核C．体细胞核移植过程中通常采用卵细胞作为受体细胞D．通过体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细胞动物进行了100%的复制 解析：哺乳动物核移植包括胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞移植成功率要高，因为其分化程度低，体细胞移植成功率低，因为其分化程度高，A正确；在显微操作仪操作下，用一直径接近卵裂球大的移植针吸取一枚分离出的完整卵裂球，注入去核的受体卵母细胞中，B正确；体细胞核移植中，可直接将细胞中的核移入去核的卵母细胞中，即为无性繁殖，C正确；通过体细胞核移植方法生产的重组细胞中核是供体细胞的，但细胞质是受体细胞的，则重组细胞中遗传物质绝大多数来自供体