2.2.3动物细胞核移植技术和克隆动物课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第3课时　 动物体细胞核移植技术和克隆动物 第二章 第2节 本节聚焦 1.概述动物体细胞核移植技术的含义和类型。 2.阐明利用动物体细胞核移植技术克隆动物的基 本环节。 3.举例说明体细胞核移植技术在医学和科研等领 域的应用前景。 1 旧知回顾 单克隆抗体的制备 旧知回顾 （1）在制备单克隆抗体中应用到的技术： （2）制备单克隆抗体的生物学原理： （3）注射特定抗原的目的： （4）诱导融合的方法： 动物细胞特有的诱导融合方法为： （5）第一次筛选的目的： 第一次如何筛选： 筛选原理： 动物细胞融合、动物细胞培养 细胞膜具有一定的流动性、细胞增殖 用特定的抗原对小鼠进行免疫，并从该小鼠的脾中得到能产生特定抗体的B淋巴细胞 PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法 灭活病毒诱导法 筛选获得杂交瘤细胞 用特定的选择培养基进行筛选 在选择培养基上，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长 旧知回顾 （6）杂交瘤细胞的特点： （7）第二次筛选的目的： 如何筛选： 选择抗体检测呈___性的杂交瘤细胞，即： （8）抗体检测原理： （9）如何获取大量所需杂交瘤细胞： （10）如何获取单克隆抗体 ①体外培养： ②小鼠腹腔内培养： （11）单克隆抗体的优点： 既能迅速大量增殖，又能产生抗体 获得足够数量的能分泌所需抗体的杂交瘤细胞 进行克隆化培养和抗体检测（进行多次筛选） 阳 分泌的抗体能与特定的抗原结合 抗原和抗体能够特异性结合(分子水平的鉴定） 在体外条件下大规模培养（接种于培养液中）或注射到小鼠腹腔内增殖 从细胞培养液中获取 从小鼠腹水中获取 能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备 新知导入 《西游记》中的孙悟空神通广大，他“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”。孙悟空这样神奇的本领曾令我们无限神往。 问题探讨 [思考]毫毛来自体细胞，我们能用体细胞“变”出一群猴吗？ 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”。 1.概念：将动物一个细胞的______移入______________中，使这个______________发育成_______，继而发育成_________的技术，称为动物体细胞核移植技术。用动物体细胞核移植技术得到的动物称为克隆动物。 一、动物细胞核移植技术 细胞核 去核的卵母细胞 重新组合的细胞 新胚胎 动物个体 2.原理：动物细胞核的全能性。 3.生殖方式： 无性生殖 有性生殖和无性生殖的区别 有性生殖需要两性生殖细胞结合形成受精卵，由受精卵发育成新个体。 无性生殖不经过两性生殖细胞的结合，由母体直接产生新个体。 有性生殖后代的遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传特性。 无性生殖后代的遗传物质与母体（核供体）基本相同，只具有母体的遗传特性。例如克隆羊多莉，遗传物质几乎与提供细胞核的母羊完全相同。 一、动物细胞核移植技术 4.类型： ①胚胎细胞核移植：胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易 ②体细胞核移植：胚胎细胞分化程度高，表现全能性十分困难 因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植 非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难。 主要原因： 一方面是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； 另一方面是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。 动物细胞核移植的过程 以克隆高产奶牛为例 二、动物细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例） 从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞在体外培养到MⅡ期 通过显微操作去核。（实际上是去除纺锤体-染色体复合物） ①卵母细胞体积比较大,易操作。 ②卵母细胞的细胞质多,营养丰富,含有能激发细胞核全能性表达的物质。 （1）选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因： 使克隆动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞。 （2）对卵母细胞进行去核操作的原因 目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法。也有人采用梯度离心、紫外 线短时间照射和化学物质处理等方法。这些方法是在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。 二、动物细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例） 从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞在体外培养到MⅡ期 通过显微操作去核。（实际上是去除纺锤体-染色体复合物） 从供体高产奶牛身体的某一部位（如耳）上取体细胞,进行培养 动物细胞培养 （3）选用的核供体应为具有优良性状的个体,提供卵母细胞的个体和代孕个体只需为同一物种的健康雌性个体即可。 二、动物细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例） 从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞在体外培养到MⅡ期 通过显微操作去核。（实际上是去除纺锤体-染色体复合物） 从供体高产奶牛身体的某一部位（如耳）上取体细胞,进行培养 动物细胞培养 将供体细胞注入去核的卵母细胞。 保证供核不被破坏，操作也更方便。 （4）将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因： 二、动物细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例） 通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚。 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、蛋白酶合成抑制剂等）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 （5）该过程中应用到的技术 动物细胞核移植 动物细胞培养 动物细胞融合 早期胚胎培养 胚胎移植 [思考1]通过体细胞核移植得到的克隆动物遗传物质来源有哪些？ 二、动物细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例） 克隆动物核内遗传物质全部来自供体细胞,细胞质遗传物质来自于供体细胞质和受体卵母细胞细胞质。由于受细胞质遗传物质、环境等的影响,克隆动物与体细胞核供体的性状基本相同,而不是完全相同。 ②代孕母体没有为克隆动物提供遗传物质,克隆动物的性状与代孕母体没有直接关系。 [思考2]在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对卵母细胞进行去核操作？ 二、动物细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例） 为了使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞。 [思考3]你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？ 不是对核供体动物进行100%的复制。 二、动物细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例） [思考3]你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？ 不是对核供体动物进行100%的复制。 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性状是基因与环境共同作用的结果，克隆动物所处的环境与核供体细胞生活的环境不会完全相同； ③克隆动物在个体发育过程中有可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异。 二、动物细胞核移植的过程（以体细胞克隆牛为例） [思考4]体细胞核移植技术与诱导iPS细胞相比，有什么相似或不同之处？请你预测它们应用前景的差异。 利用体细胞核移植技术和诱导iPS细胞都能生成干细胞，但它们的过程是完全不同的。 通过体细胞核移植技术可以生成带有核供体细胞遗传物质的胚胎干细胞；诱导iPS细胞需要在细胞中表达几个关键基因，将细胞逆转到类似胚胎干细胞的状态。体细胞核移植技术对核供体细胞有较高要求，一般情况下体细胞的分化程度越高，它重编程为干细胞的成功率就越低；可诱导成为iPS细胞的细胞来源相对广些，研究表明成纤维细胞、B淋巴细胞、脂肪干细胞等都可以诱导成为iPS细胞。体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作；诱导iPS细胞的技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践。 易错提醒 (1)诱导动物细胞融合常用的方法有：PEG融合法、电融合法和灭活病毒 诱导法； 激活重构胚的常用方法有：电刺激、Ca2＋载体、乙醇和蛋白酶合成 抑制剂等。 (2)克隆动物技术属于无性繁殖技术。 (3)动物体细胞核移植的原理是细胞核的全能性，而不是动物细胞的全 能性。 (4)核移植技术中的供体是提供细胞核的动物个体； 受体是代孕的雌性动物个体，而非提供去核卵母细胞的动物个体。 (5)动物体细胞核移植过程中，涉及的技术手段不仅有核移植技术，还 有动物细胞融合技术、动物细胞培养技术，以及早期胚胎培养技术 和胚胎移植技术等。 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 体细胞核移植技术在畜牧业、医药卫生以及其他领域有着广泛的应用前景。 三、体细胞核移植技术的应用前景 1.畜牧业：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育 三、体细胞核移植技术的应用前景 2.医药卫生领域 ①通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育的转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白； 科学家将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。目前，科学家已经在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。 三、体细胞核移植技术的应用前景 2.医药卫生领域 ②在治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体； ③以患者作为供体培育的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，将它们一直给患者时可以避免免疫排斥反应。 三、体细胞核移植技术的应用前景 3.在科研领域： 研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程 克隆一批遗传背景相同的动物，可通过对比来分析致病基因 克隆特定疾病模 型的动物，为研究 该疾病的致病机制 和开发相应的药物 提供帮助 三、体细胞核移植技术的应用前景 4.保护濒危物种：有望增加濒危物种的存活数量 中华眼镜蛇 大型东乌桑巴拉叶片角变色龙 黑草黄弄蝶 白鳍豚 金丝猴 三、体细胞核移植技术的存在的问题 （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。 本节小结 一、概念检测 1．假设世界上最后一头野驴刚死亡，以下使它“复生”的方案中可行的是 （ ） A．将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育出新个体 B．将野驴的体细胞取出，利用组织培养培育出新个体 C．将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养培育出新个体 D．将野驴的体细胞核移植到家驴的去核卵母细胞中，经孕育培育出新个体 ~~~~~练习与应用~~~~~ D 一、概念检测 2．2017年，某国批准了首例使用细胞核移植技术培育“三亲婴儿”的申请。其培育过程可选用如下技术路线。 ~~~~~练习与应用~~~~~ C 据图分析下列叙述错误的是 （ ） A．该技术涉及动物细胞培养、细胞核移植等操作 B．该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代 C．卵母细胞捐献者携带的红绿色盲基因能够遗传给“三亲婴儿” D．“三亲婴儿”同时拥有自己父亲、母亲及卵母细胞捐献者的部分基因 1．克隆羊“多莉”的培育过程如图。   下列各项有关表述错误的是(　　) A．克隆羊“多莉”的性状主要与甲羊一致，因其细胞核基因来自甲羊 B．此过程说明高度分化的动物细胞具有全能性 C．乙羊的去核卵母细胞为重构胚基因表达提供了细胞内的环境条件 D．克隆羊“多莉”的培育过程中采用了动物细胞核移植技术等 B 解析：据图可知，克隆羊“多莉”的细胞核基因来自甲羊，因此“多莉”的性状主要与甲羊一致，A正确；此过程说明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性，B错误；乙羊的去核卵母细胞为重构胚基因表达提供了细胞内的环境条件，C正确；克隆羊“多莉”的培育过程中用到了动物细胞核移植技术等，D正确。 2．如图是利用体细胞核移植技术克隆优质奶牛的简易流程图，有关叙述正确的是(　　)   A．后代丁的遗传性状由甲和丙的遗传物质共同决定 B．过程①需要提供95%空气和5% CO2的混合气体 C．过程②常使用显微操作去核法对受精卵进行处理 D．过程③常用电刺激、Ca2+载体、聚乙二醇等激活重构胚 B 解析：后代丁的细胞核的遗传物质来自甲，细胞质有来自乙的遗传物质，则丁的遗传性状由甲和乙的遗传物质共同决定，A错误；动物细胞培养中需要提供95%空气(O2是细胞代谢所必需的)和5% CO2(维持培养液的pH)的混合气体，B正确；过程②常使用显微操作去核法对卵母细胞进行处理，C错误；过程③常用电刺激、Ca2+载体、乙醇等激活重构胚，D错误。 3．下列关于动物细胞核移植技术和克隆动物的叙述，正确的是 (　　) A．目前在实验中，科学家可以用类似植物组织培养的方法获得完整的动物个体 B．核移植得到的克隆动物一般不存在健康问题 C．利用动物细胞核移植技术可有选择地繁殖某一性别的动物个体 D．核移植过程中的受体细胞最好是受精卵 C 解析：高度分化的动物细胞的全能性受到限制，所以不能用类似植物组织培养的方法获得完整的动物个体，A错误；克隆技术并没有完全成熟，绝大多数克隆动物还存在一些遗传和生理缺陷类的健康问题，B错误；细胞核移植过程中通常采用MⅡ期的卵母细胞作为受体细胞，D错误。 4．下列有关哺乳动物体细胞核移植技术的叙述，错误的是(　　) A．受体细胞常用处于MⅡ期的卵母细胞 B．注入受体细胞的既可以是细胞核，也可以是细胞 C．体细胞核移植技术的成功率很低，仍有很多问题需要研究 D．通过体细胞核移植技术生产的克隆动物是对提供体细胞的动物进行了100%的复制 D 解析：因MⅡ期的卵母细胞已经成熟，故常用作体细胞核移植的受体细胞，A正确；注入受体细胞的既可以是供体细胞的细胞核，也可以是整个供体细胞，B正确；目前体细胞核移植技术的成功率很低，仍有很多问题需要研究，C正确；克隆动物的核基因完全来自供体动物，而细胞质中有来自受体细胞的细胞质基因，且生物的性状还受环境的影响，因此克隆动物不是对提供体细胞的动物进行了100%的复制，D错误。 5．《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 (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。 孙悟空拔毛 jasmine Lavf58.20.100 EVCapture4.1.8软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$null们快来救我，救我。 体细胞克隆猴技术的成功突破，让西游记当中孙悟空拔毛变猴的典故成为了现实。克隆猴为什么会难？克隆猴的诞生是否也就意味着克隆人离我们不远了？利用这样一个世界级领先的技术，我国科学家接下来又将会展开哪些科学实验呢？看看专家的解读。从第一只克隆羊到第一只克隆猴，历时21年。2003年，权威学术期刊科学发表美国研究人员的论文，称用现有技术克隆灵长类动物是行不通的。而经过多年积累和不断尝试，中科院神经科学研究所研究团队改进了猴体细胞核移植的显微操作技术，并通过表观遗传学修饰促进体细胞重编程，显著提高猴体细胞胚胎、囊胚质量和怀孕率，成功突破了非人灵长类体细胞克隆这个世界难题。灵长类的克隆现在这个障碍已经出去了。猕猴可以克隆，在原原则上人也可以克隆。但是我们没有看到任何必要要克隆人。而且我们做克隆猴的目的是完全是为了要建立动物模型，来帮助理解人的大脑，还有治疗人的脑疾病。我们看不出任何理由要需要克隆人，社会的伦理也不允许这个灵长类的动物是跟我们人最靠近的，所以要把这个猕猴变成一个可以研究人类疾病，研究人类高等灵长类的认知功能，这个就是最大的意义。专家介绍克隆猴技术突破之后，首要的工作是通过提升克隆猴的成功率，构建出一大批具有完全相同遗传基因的猴群来分析疾病的基因基础。通过跟人类最为接近的猕猴动物模型，可以在神经科学、生殖健康、恶性肿瘤等很多疾病研究中取得新突破，很多困扰人类多年的生命科学问题也将有望得到解答。