2.2动物体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（2019）选择性必修3

第2节 三 动物体细胞核移植技术和克隆动物 第2章 细胞工程 生物 学习目标 1.通过问题探讨，阐明动物体细胞核移植技术的概念和生物学原理，阐释哺乳动物体细胞核移植难度大于胚胎细胞核移植的原因。（科学探究、生命观念） 2.建构体细胞核移植技术的基本流程图，阐释体细胞核移植技术流程。（生命观念、科学思维） 3.举例说明体细胞核移植技术具有广阔的的应用前景及其现阶段存在的问题，认同其社会应用价值。（科学思维、社会责任） 课堂导入 资料1.“（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。”这是我国文学名著《西游记》中的一段描述，充分展示了中华先贤的想象力。 资料2：2017年我国科学家将《西游记》中的文学想象桥段变为了现实——成功培育世界上首例体细胞克隆猴“中中”和“华华”，它们的诞生轰动了全世界。 任务一、动物体细胞核移植技术的概念 1.克隆猴用到了什么技术？ 胎猴 体细胞 母猴 M Ⅱ期卵母细胞 去核卵母细胞 重构胚 代孕母猴 克隆小猴 取出 去核 灭活仙台病毒短暂处理 组蛋白去甲基化酶 Kdm4d的mRNA 组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA 注入 处理 胚胎移植 出生 克隆猴“中中”和“华华”的体细胞核移植流程 动物细胞核移植：将一个动物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胚胎，继而发育成动物个体的技术。该技术培育的动物又称为克隆动物。 采集 培养 2.为什么用供体猴的一个细胞核就可以培育出与它几乎一模一样的克隆猴？ 动物的体细胞核具有和受精卵一样的，能控制该物种生长发育和繁殖的全部遗传物质，因此具有发育的全能性，这是动物体细胞核移植技术的生物学原理。 胎猴 体细胞 母猴 M Ⅱ期卵母细胞 去核卵母细胞 重构胚 代孕母猴 克隆小猴 取出 采集 培养 去核 灭活仙台病毒短暂处理 组蛋白去甲基化酶 Kdm4d的mRNA 组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA 注入 处理 胚胎移植 出生 克隆猴“中中”和“华华”的体细胞核移植流程 任务一、动物体细胞核移植技术概念及技术操作流程 3.胚胎细胞克隆猴与体细胞克隆猴有什么不同？ 为什么体细胞克隆猴的诞生能够轰动世界？ 胚胎细胞克隆猴选取的供体细胞核来自于早期胚胎细胞，细胞分化程度低，全能性相对容易表达，而动物体细胞分化程度高，全能性表现十分困难，因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。 胎猴 体细胞 母猴 M Ⅱ期卵母细胞 去核卵母细胞 重构胚 代孕母猴 克隆小猴 取出 采集 培养 去核 灭活仙台病毒短暂处理 组蛋白去甲基化酶 Kdm4d的mRNA 组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA 注入 处理 胚胎移植 出生 克隆猴“中中”和“华华”的体细胞核移植流程 任务一、动物体细胞核移植技术的概念 3.胚胎细胞克隆猴与体细胞克隆猴有什么不同？ 为什么体细胞克隆猴的诞生能够轰动世界？ 非人灵长类动物的体细胞核移植一直未能取得有效突破，其原因有二，一是供体细胞的细胞核不能在去核的卵母细胞中完全恢复分化前的功能状态，二是对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 我国科学家历时五年研究攻关，成功克隆出了世界首例体细胞克隆猴。因该技术对于构建非人灵长类动物模型、研究人类疾病等方面意义非凡，使得该研究在国际权威学术期刊《细胞》上以封面文章在线发表。 任务一、动物体细胞核移植技术的概念 1.克隆动物的过程用到哪些技术手段？ 动物细胞培养 动物细胞核移植（显微注射） 动物细胞培养、动物细胞核移植、显微注射、胚胎移植等 胎猴 体细胞 母猴 M Ⅱ期卵母细胞 去核卵母细胞 重构胚 代孕母猴 克隆小猴 取出 采集 培养 去核 灭活仙台病毒短暂处理 组蛋白去甲基化酶 Kdm4d的mRNA 组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA 注入 处理 胚胎移植 出生 克隆猴“中中”和“华华”的体细胞核移植流程 任务二、体细胞核移植的技术操作流程 2.科学研究发现，自然状态下，动物的卵母细胞通常要在输卵管内发育到M Ⅱ期时才具备与精子受精能力，请据此推测，在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先将卵母细胞培养到M Ⅱ期再进行去核操作？ 胎猴 体细胞 母猴 M Ⅱ期卵母细胞 去核卵母细胞 重构胚 代孕母猴 克隆小猴 取出 采集 培养 去核 灭活仙台病毒短暂处理 组蛋白去甲基化酶 Kdm4d的mRNA 组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA 注入 处理 胚胎移植 出生 克隆猴“中中”和“华华”的体细胞核移植流程 可能在卵母细胞发育到M Ⅱ期时，其细胞内激活重构胚使其完成细胞分裂和发育的物质的含量和活性最高，因此在此时进行核移植最有利于重构胚的发育。 任务二、体细胞核移植的技术操作流程 3.为什么要对发育到M Ⅱ期的卵母细胞进行去核操作？ 任务二、体细胞核移植的技术操作流程 胎猴 体细胞 母猴 M Ⅱ期卵母细胞 去核卵母细胞 重构胚 代孕母猴 克隆小猴 取出 采集 培养 去核 灭活仙台病毒短暂处理 组蛋白去甲基化酶 Kdm4d的mRNA 组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA 注入 处理 胚胎移植 出生 克隆猴“中中”和“华华”的体细胞核移植流程 为使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自供体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏。 （由于此时细胞处于M Ⅱ期，卵母细胞中的“核”实际上是指纺锤体-染色体复合物，去核实际上是指通过特定手段将该结构去除） 4.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？ 克隆猴不是供体的100%复制 胎猴 体细胞 母猴 M Ⅱ期卵母细胞 去核卵母细胞 重构胚 代孕母猴 克隆小猴 取出 采集 培养 去核 灭活仙台病毒短暂处理 组蛋白去甲基化酶 Kdm4d的mRNA 组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA 注入 处理 胚胎移植 出生 克隆猴“中中”和“华华”的体细胞核移植流程 部分细胞质遗传物质来自供体母猴的卵母细胞 后天生长环境不同 任务二、体细胞核移植的技术操作流程 5.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。 体细胞核移植 诱导iPS细胞 生成带有核供体细胞遗传物质的胚胎干细胞。 表达关键基因，细胞逆转到类似胚胎干细胞的状态。 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一些，研究表明成纤维细胞等高度分化的细胞都可以诱导成为iPS细胞。 涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作。 技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践。 二者都能生成干细胞，但过程完全不同。 任务二、体细胞核移植的技术操作流程 6.研究人员实验发现，将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入重构胚，同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA处理，会有效提高重构胚的发育率和妊娠率。请结合所学知识推测，这两种物质发挥作用的机制是什么？除了这一操作外，激活重构胚的常用手段还有哪些？ 组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA可以表达组蛋白去甲基化酶，该酶能降低组蛋白的甲基化水平；组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA可以抑制组蛋白脱乙酰酶的作用，提高组蛋白的乙酰化水平。组蛋白的甲基化水平的降低和乙酰化水平的提高可有效提高重构胚的发育率和妊娠率。 任务二、体细胞核移植的技术操作流程 任务二、体细胞核移植的技术操作流程 除了上述处理方式外，科研工作者还常用电融合法诱导供体细胞与去核卵母细胞融合形成重构胚。用物理或化学方法（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。 6.研究人员实验发现，将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入重构胚，同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA处理，会有效提高重构胚的发育率和妊娠率。请结合所学知识推测，这两种物质发挥作用的机制是什么？除了这一操作外，激活重构胚的常用手段还有哪些？ 7.用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，想一想，这是为什么？ 培养的动物细胞一般当传代至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞核内的遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。 任务二、体细胞核移植的技术操作流程 【拓展应用】大熊猫是我国的国宝。尽管我国政府采取了许多保护措施，但由于大熊猫的繁殖能力低，幼仔成活率也低，它的数量仍然非常少。有同学建议采用体细胞核移植技术来克隆大熊猫以增加其种群数量。请你结合本节所学内容和已有知识提出你对该方案的看法？ 支持 反对 可在短时间内大量繁殖，增加大熊猫的种群数量。 克隆技术为无性生殖，短时间内大量无性繁殖可能导致遗传多样性快速减少，不利于种族延续。 应用前景 畜牧生产 加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。 医药卫生 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。 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。 任务三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 任务三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 应用前景 科学研究 保护濒危动物 ①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； ②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； ③克隆特定疾病模型的动物，能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。 有望增加濒危物种的存活数量 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。 任务三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 【拓展应用】我国科学家已成功地克隆了牛、羊和猪等多种哺乳动物，这些研究成果目前已经转化为生产力了吗？请你结合课前查阅的书籍、专利文献信息和本节所学知识回答：哪些成果已经在生产实践中得以应用，其经济价值如何？哪些成果还没有在生产实践中得到推广，其限制因素是什么？ 可通过到畜牧养殖、医学研究等部门实地调查，查阅相关文献资料，求助于网络等途径，了解动物细胞核移植已经推广应用的案例，同时了解其推广应用价值。 对于还没有推广的研究成果，可以通过与研发者交流了解其推广困难的原因是什么（政策限制、经济价值、技术难度等）？ 课堂小结 【材料】2003年，世界上第一只用体细胞克隆的哺乳动物——多莉，因患有严重的肺部疾病被实施了安乐死。它只活了7岁，而普通绵羊的平均寿命在12岁左右。多莉的死亡引发了关于克隆动物是否会发生早衰的争论。一些研究者认为，克隆动物的端粒比较短，基因表达不正常，早衰是一种必然现象。另一些研究者则认为，克隆动物的遗传物质是正常的，目前发现的早衰迹象是在克隆过程中的一些技术问题造成的；或者克隆动物在发育过程中出现了变异，早衰只是偶然现象。 【问题】你支持哪种观点？请你搜集资料，寻找支持你观点的研究证据。 可通过查阅文献资料、求助于网络，查阅已经成功地其他克隆动物的案例，结合已有知识搜集相关资料，验证观点。 谢谢大家 $$