2.2动物体细胞核移植技术和克隆动物课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第2章 第2节动物细胞培养 (第3课时) 三动物体细胞核移植技术和克隆动物 第3课时动物体细胞核移植技术和克隆动物 动物体细胞核移植技术的概念及基本过程? 动物体细胞核移植技术的应用前景有哪些? 怎样理性看待体细胞核移植技术存在的问题? “(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。 毫毛来自体细胞，我们能用体细胞“变”出一群猴吗? 在这之前，科学家培育了胚胎细胞 克隆猴，你知道两者有什么不同吗? 其实，自1996年首个体细胞克隆动物 多莉羊诞生以来，人类已经成功克隆 了马、牛和猪等大型家畜，但为什么 体细胞克隆猴的诞生能轰动世界呢? 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”。 1.概念：将动物的一个细胞的细胞核，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：动物体细胞核的全能性 用核移植方法得到的动物称为克隆动物 3.生殖方式：无性生殖 重组细胞 ○ 发 育 新胚胎发育 克隆动物 移入 一、动物体细胞核移植技术 去核 取核 动物细胞 卵母细胞 ○ ● 一、动物体细胞核移植技术 4.分类： 胚胎细胞核移植：细胞分化程度低，恢复全能性容易 体细胞核移植：细胞分化程度高，恢复全能性十分困难 5.动物体细胞核移植的困难原因： 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。 “多莉”是世界上第一例经体细胞核 移植出生的动物。这一巨大进展证明了分 化了的动物细胞核具有全能性. 受体细胞：MII中期的卵母细胞 核移植 丙子宫 克隆羊“多莉” 发育 重构胚 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。 卵母细胞 回顾克隆羊“多莉”的诞生过程 一、动物体细胞核移植技术 甲O 乙O 取核 去核 一、动物体细胞核移植技术 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 动物细胞培养技术 植物细胞培养技术 单克隆抗体技术、 PCR技术 1997年，美国威斯康星州的一个奶 牛场有一头名叫卢辛达的奶牛，年产奶量 为30.8 t, 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3～4 t。 能否依据“多莉”的培育过程，进行优质奶牛的快速繁育? 一、动物体细胞核移植技术 一、动物体细胞核移植技术 认真阅读P53 图2-18,思考下列问题： 1.供体细胞一般都选用传代几代以内的细胞，为什么? 2.核移植的受体细胞是什么?处在什么时期?有什么好处? 3.受体细胞去核的方法?“去核”去的是什么?为什么“去核”? 4.为什么核移植操作是将供体细胞整个注入去核卵母细胞中? 5.诱导融合的方法?融合的结果? 6.什么是重构胚?激活重构胚的方法?用这些方法处理重构胚的目的? 7.该过程用到哪些技术手段? 一、动物体细胞核移植技术 1. 供体细胞一般都选用传代几代以内的细胞，为什么? 一般选用传代10代以内的细胞，因为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。 2. 核移植的受体细胞是什么?处在什么时期?有什么好处? 细胞体积比较大，易操作； 卵黄多，营养丰富； 从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母 细胞(左边照片为研究人员正在 使用设备从牛的卵巢采集卵母细 胞),在体外培养到MII期 受体细胞：减数分裂Ⅱ中期( MⅡ期) 的卵母细胞 高产奶牛(供体) 从高产供体奶牛身体的 某一部位(如耳)上取 体细胞，进行培养 细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质。 学物质处理等。 ②“去核”去的是实际上是去除纺锤体-染色体复合物， 由于MIⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体，用微型吸管 一般一并吸出第一极体。 ③保证克隆动物的遗传物质最大限度来自优良供体。 4.为什么核移植操作是将供体细胞整个注入去核卵母细胞中? 对卵母细胞损伤较小； 保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便。 一 、动物体细胞核移植技术 3. 受体细胞去核的方法?“去核”去的是什么?为 ①常用的是显微操作(去核)法。还有梯度离心 、紫外光短时间照射和化 使DNA变性失活， 达到去核的目的。 没有刺破卵母细胞膜， 对卵母细胞伤害小 将供体细胞注入去 核的卵母细胞 通过显微操作去核 wwwHBsndfieamsGO-kr 6.什么是重构胚?激活重构胚的方法?用这些方法处理重构胚的目的? 重构胚是指人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力。 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)激活 目的：使其完成细胞分裂和发育进程。 一、动物体细胞核移植技术 将胚胎移入受体 (代孕)母牛体内 5.诱导融合的方法?融合的结果通过电融合法使 两细胞融合，供 体核进入卵母细 电融合法；形成重构胚胎。 胞，形成重构胚。 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 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 动物细胞核移植、 动物细胞融合、 动物细胞培养——基 础 早期胚胎培养、 胚胎移植。 采集牛卵巢中的 卵母细胞，在体 外培养到MⅡ 期 显微操作 去核 高产奶牛 ( 供体) 取体细胞 去核的卵母细胞 电融合法 供体细胞培养 供体细胞注入去 核的卵母细胞 一、动物体细胞核移植技术 7.该过程用到哪些技术手段? 动物细胞培养 动物细胞核移植 早期胚胎培养 胚胎移植 ①克隆动物绝大部分DNA来自供体动物 的细胞核，但线粒体中的DNA (细胞质 中 的DNA )同时来自供体细胞和受体卵 母细胞； ②环境也会影响克隆动物的性状，其性 状与供体不完全相同； ③可能发生基因突变、染色体变异等可 遗传变异。 一、动物体细胞核移植技术 体细胞核移植方法生产的克隆动物，并不是对体细胞供体动物 进行了100%的复制，为什么? 出生与供体奶牛遗传 物 质基本相同的犊牛 (克隆牛) 体细胞核移植技术在畜牧业、医药卫生以及保护濒危物种等其他 领域有着广泛的应用前景。 (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 二 、动物体细胞核移植技术的应用前景 ①建立转基因体细胞系，再利用此技术培育的转基因克隆动物可作为生 物反应器，生产珍贵的医用蛋白。 药用蛋白基因 启动子 ①将DNA注入 ② 绵羊受精卵 (2)在医药卫生领域： 分离 纯化 含药用蛋白 的乳汁 二、动物体细胞核移植技术的应用前景 ④ 代孕母羊 乳腺生物反应器 药用 蛋白 ②治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官，可作为异种移植的 供体。 ③患者的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，能形成相应的细胞、组织或器官可 用于移植以避免免疫排斥反应。 治疗性克隆 核移植 重构胚胎 胚胎干细胞 各种细胞组织或器官 (2)在医药卫生领域： 二、动物体细胞核移植技术的应用前景 体细胞 去核卵母细胞 取核 成纤维细胞 转入相 关因子 iPS细胞治疗 治疗性克隆 细胞发 生转化 iPS细胞( 诱导 各种细胞组织或器官 取出 诱导 取出 病人 取出 移植 移植 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)在科研领域： 二 、动物体细胞核移植技术的应用前景 二 、动物体细胞核移植技术的应用前景 (4)在保护濒危动物领域： 该技术有望增加濒危物种的存活数量(不能提高生物多样性) 黑草黄弄蝶 金丝猴 白鳍豚 三 、动物体细胞核移植技术存在的问题 (1)该技术的成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。 (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 型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。 畜牧业：加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育 生产医用蛋白 医药卫生 用于异种移植 研究胚胎发育及衰老的过程 科学研究 克隆特定疾病模型的动物 存在的 成功率低 存在健康问题 动物体细胞核移植技术和克隆动物 ☆课堂小结 体细胞核 植的过程 移 一 注入 细胞融合 重构胚 濒危物种保护：有望增加濒危物种的存活数量 生出与供体遗传物质基本相同的个体 MI 期、去核卵 去核 母细胞 应用 前景 细胞培养 激活、 发育 供体体细胞 代孕母体 供体细胞 卵母细胞 胚胎移植 胚胎 问题 $$