2.2.3 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选择性必修3

抢救烧伤病人 2.2.2动物体细胞核移植技术和克隆动物 “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。 西游记中的这段描述，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猴来吗？ 中华先贤的奇思妙想： 拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空喷出，一声“变”！既变作三二百个小猴，周围攒簇。 核移植技术 讨论： 毫毛来自于体细胞。在现实中，如何能用体细胞“变”出一个个体呢？ 2017年11月27日，世界上首个体细胞克隆猴“中中”在中国科学院神经科学研究所（上海）、脑科学与智能技术卓越创新中心的非人灵长类平台诞生（苏州）；12月5日第二个克隆猴“华华”诞生。 三、动物体细胞核移植技术和克隆动物 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。 用核移植的方法得到的动物称为克隆动物 2、原理： 动物体细胞核的全能性 3、种类： 胚胎细胞核移植： 体细胞核移植： 细胞分化程度低，恢复全能性相对容易 细胞分化程度高，恢复全能性十分困难 体细胞核移植（难度高） 胚胎细胞核移植（难度低） 动物体细胞分化程度高，表现其全能性十分困难，因此动物体细胞核移植难度明显高于胚胎细胞核移植。在体细胞核移植中，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，终于成功获得了体细胞克隆猴。 “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． 克隆动物 通过核移植过程形成重构胚，进而发育成的动物个体。 卵母细胞 C母猴子宫 B母猴 A母猴 成纤维细胞 细胞质 细胞核 早期胚胎 “中中”“华华” 分娩 发育 重组细胞 妊娠 克隆动物遗传物质主要来自于A，还来自于B，与C无关 克隆属于无性生殖 克隆动物成功证明动物细胞核具有全能性 供质细胞为去核卵母细胞，因其细胞质中含能有效调控细胞核发育的物质 体细胞核移植 多利羊实验 移植 去细胞核 新细胞 黑色母羊C代孕 多利 白色母羊A 黑色母羊B 提取细胞核 卵细胞 乳腺细胞 一般指DNA分子扩增。 由一个细胞分裂所形成的细胞群体。 指基因型完全相同的个体或群体。 分子水平： 细胞水平： 个体水平： 克隆是无性繁殖，具体地说，是指一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的DNA分子、细胞或个体。 补充：克隆与无性繁殖 （一）体细胞核移植流程 从高产奶牛取体细胞 从卵巢中采集卵母细胞 体外培养到MⅡ中期 (减数第二次分裂中期) 动物细胞培养 显微操作去核 去“核”，通常是显微操作去除纺锤体-染色体复合物，也可以用紫外线、化学物质处理使DNA变性 将供体细胞注入去核卵母细胞 供体 供体：一般选用传代10代以内的细胞(正常的二倍体核型)。 卵母细胞的特点： ①细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质。 ②细胞体积大，便于操作。 ③卵黄多，营养物质丰富。 去核是保证克隆动物的核基因全部来自供体细胞。 这种方法操作简单，对卵母细胞损伤较小，所以现在较为常用。 形成重构胚（重组细胞） 电融合法使两细胞融合 电刺激 早期胚胎 Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂 激活重构胚使其完成细胞分裂和发育进程 将供体细胞注入去核卵母细胞 将胚胎移入 （受体）代孕母牛 克隆牛 克隆动物与供核动物有些性状不同的原因是什么？ 受细胞质中遗传物质控制(线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞)、环境影响 1、加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育 2、培育的转基因克隆动物可作为生物反应器，生产医用蛋白 3、克隆动物细胞、组织、器官可作为移植的供体；更深入了 解胚胎发育及衰老过程、克隆特定疾病模型动物等 4、保护濒危物种，增加动物的存活数量 （二）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。 人的核移植胚胎干细胞经诱导分化可用于自身的器官移植 5.体细胞核移植技术的应用前景 治疗性克隆主要解决什么问题呢？ 供体器官不足 免疫排斥问题 2）克隆动物存在健康问题 许多克隆动物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，免疫失调等。＋易出现早衰（多利羊猜想） 3）克隆动物食品的安全性问题存在争议 胚胎移植－动物幼体产出 概率＜10％ 1）成功率低 6.体细胞核移植技术存在的问题 （二）体细胞核移植技术的应用前景 （1）畜牧业领域：高产奶牛 伊利挤奶站的奶牛 1、加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育 加利福尼亚秃鹰 加州秃鹰(California Condor)是北美最濒临绝种的鸟类之一，主要生活于科罗拉多大峡谷地区以及加州西部海岸山脉及周边区域。加州秃鹰喜食腐肉，寿命约为50岁，是世界上最长寿的鸟类之一。由于捕猎、铅中毒以及生存环境的破坏等原因，加州秃鹰也成为了世界上最为珍稀的鸟类之一。在20世纪80年代，加州秃鹰几乎完全灭绝。在多方的努力和保护下，现存加州秃鹰的数量为332只，其中包括152只野生的秃鹰。( 克隆动物作为生物反应器，生产大量医用蛋白 克隆动物（也经过转基因操作）的细胞、组织、器官可作为异种移植的供体 乳汁中分泌人抗胰蛋白酶的转基因羊 （2）医药卫生领域：---与基因工程的综合应用 首先用高分子化学材料——聚羟基乙酸制成所需人体器官的形状，然后植入人的细胞（这只展出的老鼠身上植入的是它自己的细胞），缝合在裸鼠背上。经过细胞快速生长，人造模子会自己降解消失，器官与老鼠成为一体，最后可移植到人体上。这种全身无毛的老鼠叫裸鼠，没有免疫力，这样才不会对那只“人耳”产生排异反应。这项技术能应用于人体组织、器官的再造。这项科研技术成熟后，人身上缺少或损坏的组织器官都可以修补上。 人造耳朵有望用于器官移植 一只在背上长出了“人耳”的活老鼠。 19 　2001年一只在背上长出了“人耳”的活老鼠（见上图）在北京亮相，这是863计划组织工程研究的成果。由国家重点基础研究发展规划项目首席科学家曹谊林教授领导研究的这项技术，首先用高分子化学材料——聚羟基乙酸制成所需人体器官的形状，然后植入人的细胞（这只展出的老鼠身上植入的是它自己的细胞），缝合在裸鼠背上。经过细胞快速生长，人造模子会自己降解消失，器官与老鼠成为一体，最后可移植到人体上。这种全身无毛的老鼠叫裸鼠，没有免疫力，这样才不会对那只“人耳”产生排异反应。这项技术能应用于人体组织、器官的再造。这项科研技术成熟后，人身上缺少或损坏的组织器官都可以修补上。 种间克隆白肢野牛 种间克隆摩弗伦野羊 利用核移植繁殖优良、濒危动物 4、保护濒危物种，增加动物的存活数量 知识海洋 体细胞核移植技术的应用前景 保护濒危物种，增加存活数量 克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白 畜牧生产 医药卫生 治疗疾病 保护物种 加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育 以患者作为供体培育人核移植胚胎干细胞 转基因克隆动物可以作为异种移植的供体 治疗性克隆 知识海洋 治疗性克隆 治疗性克隆主要解决什么问题呢？ 供体器官不足 免疫排斥问题 病人 取体细胞 去核的受体卵母细胞 核移植 胚胎干细胞 胰岛细胞 血细胞 心肌细胞 神经细胞 肝细胞 免疫匹配的移植 知识海洋 体细胞核移植存在的问题 “多莉”只存活7年，远低于平均寿命 理论研究 较为滞后 克隆动物 健康问题 克隆动物 成功率低 应用探究 下列哪一项不属于克隆（　　） A．利用体外扩增技术进行DNA复制 B．利用核移植技术培育出克隆绵羊 C．利用植物体细胞杂交技术培育出杂种植株 D．利用胡萝卜茎尖组织经植物组织培养得到脱毒苗 C 克隆包括分子水平、细胞水平、个体水平的。 应用探究 如图是克隆羊的培育流程图，相关说法错误的是（ ） A．卵母细胞可以从屠宰场收集，并在体外培养到减Ⅱ中期 B．从供体羊中取上皮细胞需要用胰蛋白酶进行处理 C．在显微镜下用微型吸管将卵母细胞中的染色体-纺锤体复合物吸出 D．上皮细胞细胞核进入卵母细胞后即可自行发育成胚胎 D 应用探究 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。据图分析下列叙述错误的是 ( 　 　) C 课堂总结 动物体细胞核移植 动物细胞核移植 动物体细胞核移植和克隆 克隆动物 流程 问题 应用前景 过程 原理 胚胎细胞核移植 体细胞核移植 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。 2.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？ 讨论： 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？ 1.受体细胞为什么选用卵母细胞？ 思考： 卵细胞 次级卵母细胞 第一极体 MⅡ期： 减数第二次分裂中期 卵母细胞作受体细胞的原因： 体积大，易操作；去核时同时吸走第一极体 含有激发细胞核全能性的物质。 （一）体细胞核移植的过程 1、整个过程用了哪些技术？ 2、新生牛的性别、基因？ 3、繁殖方式？ 4、原理？ 思考： 动物细胞培养、核移植、早期胚胎培养、胚胎移植 与供体相同 无性繁殖 动物细胞核的全能性 核移植流程: 1、供体细胞的采集与培养 5、电刺激促融使供体核进入受体卵母细胞，构建重组胚胎 6、用物理或化学方法激活受体细胞，使其完成减数分裂进程 4、将供体细胞注入去核卵母细胞 3、显微操作去除卵母细胞中的核 2、受体卵母细胞的采集与体外培养 7、胚胎移植入代孕母牛体内 8、妊娠分娩与供体遗传物质基本相同的犊牛。 （ MⅡ期 ，受精时才完成） 动物体细胞核移植技术和克隆动物 1.核移植操作过程解读: (3)注入去核的卵母细胞: ①细胞核移植技术中注入去核卵母细胞中的不是供体细胞核,而是整个细胞,伴随着两细胞融合,体现出细胞膜具有一定的流动性的结构特点。  ②核移植时,一般先用电融合法使供体和受体细胞融合,再用物理或化学方法激活受体细胞,使其完成细胞分裂和发育进程。 (4)涉及的生物技术:动物细胞培养技术、动物细胞融合技术、核移植技术、胚胎移植技术等。其中,核移植是核心技术。 2.克隆动物的遗传特点: 克隆动物的亲本有3个,即体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体和代孕母体。 (1)体细胞核供体:克隆动物细胞核基因来自体细胞核供体,克隆动物的性状与体细胞核供体基本相同。 (2)卵母细胞细胞质供体:克隆动物的细胞质基因来自卵母细胞,克隆动物的性状与卵母细胞供体部分相同。 (3)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。 【特别提醒】 动物核移植的两点警示 (1)动物核移植技术可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,因为胚胎干细胞的全能性比体细胞大,所以胚胎细胞核移植更容易实现。 (2)克隆属于无性生殖,产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。 补充资料：核移植技术中普遍使用的去核方法 目前核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作去核法。还有人采用其他方法 如梯度离心、紫外光短时间照射、化学物质处理等。 这些方法是在没有刺破透明带或卵母细胞质膜的情况下， 去除细胞核或使卵细胞核DNA变性，从而达到去核目的。 $