動物體細胞核移植技術和克隆動物課件-高二下學期生物人教版選擇性必修3

本節(jié)聚焦:什么是動物細胞核移植技術？動物體細胞核移植的基本過程是什么？體細胞核移植技術的應用前景有哪些？怎樣理性看待體細胞核移植技術存在的問題？選擇性必修3/第2章/細胞工程/第2節(jié)

動物細胞工程——動物體細胞核移植技術和克隆動物“（悟空）拔一把毫毛，丟在口中嚼碎，望空噴去，叫一聲‘變！’，即變作三二百個小猴，周圍攢簇(cù)?！边@是《西游記》中的一段描述，展示了中華先賢的想象力。一、動物細胞核移植技術毫毛來自體細胞，我們能用體細胞“變”出一群猴嗎？2017年，中國的科學家將這一幕變成了現(xiàn)實，他們利用體細胞核移植技術成功克隆出兩只獼猴“中中”和“華華”。

在這之前，科學家培育了胚胎細胞克隆猴，你知道兩者有什么不同嗎?其實，自1996年首個體細胞克隆動物多莉羊誕生以來，人類已經(jīng)成功克隆了馬、牛和豬等大型家畜，但為什么體細胞克隆猴的誕生能轟動世界呢?一般指DNA分子擴增由一個細胞分裂所形成的細胞群體指基因型完全相同的個體或群體分子水平：細胞水平：個體水平：克隆是無性繁殖，是指一個共同的祖先，通過無性繁殖的方法產(chǎn)生出來的一群遺傳特性相同的DNA分子、細胞或個體。克隆一、動物細胞核移植技術細胞分化程度低，恢復全能性容易。細胞分化程度高，恢復全能性十分困難。動物細胞核的全能性3.類型:將動物的一個細胞的細胞核，移入去核的卵母細胞中，使這個重新組合的細胞發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動物個體的技術。1.概念:2.原理:難度低在動物體細胞核移植中，非人靈長類動物體細胞核移植的困難原因：供體細胞的細胞核在去核卵母細胞中不能完全恢復其分化前的功能狀態(tài)，導致了胚胎發(fā)育率低；對非人靈長類動物胚胎操作的技術尚不完善。難度高①胚胎細胞核移植:②體細胞核移植:核移植體細胞或者胚胎細胞一、動物細胞核移植技術克隆動物4.過程:卵母細胞動物細胞取核去核移入重組細胞發(fā)育新胚胎發(fā)育克隆動物動物體細胞核移植屬于無性生殖（3）卵母細胞的特點：（去核是保證克隆動物的核基因全部來自供體細胞）（1）供體：一般選用傳代10代以內(nèi)的細胞；（2）受體：去核的減Ⅱ中期的卵母細胞；①細胞質(zhì)內(nèi)存在激發(fā)細胞核全能性表達的物質(zhì)；②細胞體積大，便于操作；③卵黃多，營養(yǎng)物質(zhì)豐富。特別提醒：一、動物細胞核移植技術二、體細胞核移植的過程

體細胞克隆牛是如何做的？采集卵母細胞，體外培養(yǎng)至MⅡ期。顯微操作去核高產(chǎn)奶牛(供體)取體細胞，進行細胞培養(yǎng)。將供體細胞注入去核卵母細胞。通過電融合法使細胞融合，形成重構胚。胚胎移入受體（代孕）用物理或化學方法（電刺激、Ca2+載體、乙醇和蛋白酶合成抑制劑等）激活重構胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育過程。出生與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛。二、體細胞核移植的過程動物細胞核移植早期胚胎培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合1.該過程中應用到的技術______________________________________________________________________動物細胞核移植動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植胚胎移植二、體細胞核移植的過程2.采集的卵母細胞應培養(yǎng)至______________________3.選擇MⅡ期卵母細胞的原因①__________________________________________________②_________________________4.卵母細胞去核的方法_________________5.“去核”去的是什么？__________________________MⅡ期（減數(shù)分裂Ⅱ中期）含有促進細胞核表現(xiàn)全能性的物質(zhì)和營養(yǎng)條件細胞體積大，易于操作顯微操作（去核）法去除的為紡錘體-染色體復合物*去核時，由于MⅡ期卵母細胞核的位置靠近第一極體，用微型吸管一般一并吸出第一極體二、體細胞核移植的過程6.去核的原因____________________________________________________7.供體細胞注入卵母細胞的優(yōu)點_________________________8.誘導融合的方法________________9.融合的結果__________________________10.重構胚概念__________________________使核移植得到的胚胎或動物核內(nèi)遺傳物質(zhì)全部來自有重要利用價值的動物對卵母細胞損傷較小；保證供體細胞的細胞核不被破壞，操作方便。*直接將供體細胞注入去核卵母細胞的透明帶內(nèi)電融合法供體核進入卵母細胞，形成重構胚人工重新構建的胚胎，具有發(fā)育成完整個體的能力二、體細胞核移植的過程11.激活重構胚的方法①物理方法

_______________________②化學方法

_______________________12.以上方法處理重構胚的目的__________________________________________________13.實驗結論____________________________________________________電刺激Ca2+載體、乙醇和蛋白酶合成抑制激活重構胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育過程證明了動物已分化的體細胞的細胞核具有全能性二、體細胞核移植的過程

相關信息：

激活重構胚需要的因子，即促成熟因子MPF，存在于MII期卵母細胞的細胞質(zhì)中。MPF表達水平的高低可影響供體核染色質(zhì)的狀態(tài)和復制。MPF的活性在卵母細胞減數(shù)分裂的MI期和MII期達到最高，受精后，MPF迅速滅活。MII期卵母細胞細胞核、細胞質(zhì)已成熟，而MI期卵母細胞細胞核、細胞質(zhì)尚未成熟，其細胞質(zhì)不能支持胚胎的全程發(fā)育，因此盡管MI期卵母細胞中MPF的活性也很高，但他不能用作受體細胞。也有人采用梯度離心、紫外線短時間照射和化學物質(zhì)處理等方法。這些方法是在沒有穿透卵母細胞透明帶的情況下去核或使其中的DNA變性。有關體細胞核移植的問題2.你認為用上述體細胞核移植技術培育的克隆動物，是對體細胞動物進行了100%的復制嗎？為什么？不是。①克隆動物絕大部分DNA來自供體動物的細胞核，但線粒體中的DNA（細胞質(zhì)中的DNA）同時來自供體細胞和受體卵母細胞；②環(huán)境也會影響克隆動物的性狀，其環(huán)境與供體不完全相同；③可能發(fā)生基因突變、染色體變異等可遺傳變異。1.在將體細胞的核移植到卵母細胞之前，為什么必須對卵母細胞進行去核操作？

為了使核移植的胚胎或動物的核遺傳物質(zhì)全部來自有重要利用價值的動物提供的體細胞。3.體細胞核移植技術與誘導iPS細胞相比，有什么相似或不同之處？請你預測它們應用前景的差異。

利用體細胞核移植技術和誘導iPS細胞都能生成干細胞，但它們的過程是完全不同的。①通過體細胞核移植技術可以生成帶有核供體細胞遺傳物質(zhì)的胚胎干細胞；誘導iPS細胞需要在細胞中表達幾個關鍵基因，將細胞逆轉(zhuǎn)到類似胚胎干細胞的狀態(tài)。②體細胞核移植技術對核供體細胞有較高要求，一般情況下體細胞的分化程度越高，它重編程為干細胞的成功率就越低；可誘導成為iPS細胞的細胞來源相對廣一些，研究表明成纖維細胞、B淋巴細胞、脂肪干細胞等都可以誘導成為iPS細胞。③體細胞核移植技術涉及采集卵母細胞、去核、融合等復雜的操作；誘導iPS細胞的技術流程相對簡單，可能更適合用于生產(chǎn)實踐。目前科學家還在研究由這兩種技術生成的干細胞在基因表達、DNA甲基化等方面的差異，這些研究成果也將直接影響它們今后的應用。有關體細胞核移植的問題治療性克隆與iPS細胞治療病人取核去核卵母細胞重構胚胎各種細胞組織或器官誘導取出體細胞核移植移植成纖維細胞取出轉(zhuǎn)入相關因子iPS細胞各種細胞組織或器官胚胎干細胞取出誘導移植治療性克隆iPS細胞治療細胞發(fā)生轉(zhuǎn)化二、體細胞核移植的過程

目前動物細胞核移植技術中普遍使用的去核方法是顯微操作法，也有人采用梯度離心、紫外線短時間照射和化學物質(zhì)處理等方法。這些方法時在沒有穿透卵母細胞透明帶的情況下去核或使其中的DNA變性。相關信息（P54）二、體細胞核移植的過程核移植的意義：

①

為遺傳疾病的治療提供了重要途徑。②

優(yōu)化物種、保存瀕危動物、克服雜交障礙、創(chuàng)造新物種和以及基因動物的擴群也有重要意義。

③

可以降低畜牧業(yè)的成本，縮短育種年限，提高生產(chǎn)效率。

④

對研究胚胎發(fā)育過程中的細胞分化、基因調(diào)控、核質(zhì)關系等生物學基礎理論問題也有重要價值。

⑤

解決器官移植中存在的器官來源緊缺和免疫排斥的問題。二、體細胞核移植的過程（1）畜牧生產(chǎn)：加速家畜遺傳改良進程，促進優(yōu)良畜群繁育。

體細胞核移植在畜牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生以及其他領域有著廣泛的應用前景。1997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達的奶牛，年產(chǎn)奶量為30.8t，創(chuàng)造了世界奶牛產(chǎn)奶量最高新紀錄。目前世界各國高產(chǎn)奶牛場奶牛，年平均產(chǎn)奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產(chǎn)奶量年平均水平僅為3～4t。三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題應用前景：（2）醫(yī)藥衛(wèi)生領域：①通過建立轉(zhuǎn)基因體細胞系，再利用體細胞核移植技術培育的轉(zhuǎn)基因克隆動物可以作為生物反應器，生產(chǎn)許多珍貴的醫(yī)用蛋白；②在治療人類疾病時，轉(zhuǎn)基因克隆動物的細胞、組織或器官可以用于異種移植；③以患者作為供體培育的人核移植胚胎干細胞，經(jīng)過誘導分化能形成相應的細胞、組織或器官，將它們移植給患者時可以避免發(fā)生免疫排斥反應。乳腺生物反應器乳汁中分泌人抗胰蛋白酶的轉(zhuǎn)基因羊

首先用高分子化學材料——聚羥基乙酸制成所需人體器官的形狀，然后植入人的細胞（這只展出的老鼠身上植入的是它自己的細胞），縫合在裸鼠背上。經(jīng)過細胞快速生長，人造模子會自己降解消失，器官與老鼠成為一體，最后可移植到人體上。這種全身無毛的老鼠叫裸鼠，沒有免疫力，這樣才不會對那只“人耳”產(chǎn)生排異反應。這項技術能應用于人體組織、器官的再造。這項科研技術成熟后，人身上缺少或損壞的組織器官都可以修補上。一只在背上長出了“人耳”的活老鼠。人造耳朵有望用于器官移植（3）在科研領域：①研究克隆動物可以使人類更深入地了解胚胎發(fā)育及衰老過程；②克隆一批遺傳背景相同的動物，可以通過它們之間的對比來分析致病基因；③克隆特定疾病模型的動物，還能為研究該疾病的致病機制和開發(fā)相應的藥物提供幫助。裸鼠腫瘤動物模型早衰（4）在保護瀕危物種方面：該技術有望增加瀕危物種的存活數(shù)量白鰭豚金絲猴種間克隆摩弗倫野羊種間克隆白肢野牛中華眼鏡蛇東北虎三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題在畜牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生以及其他領域有著廣泛的應用前景。加速家畜遺傳改良進程，促進優(yōu)良畜群繁育；1.培育的轉(zhuǎn)基因克隆動物可作為生物反應器，生產(chǎn)醫(yī)用蛋白；保護瀕危物種，增加動物的存活數(shù)量。應用前景：畜牧業(yè)：醫(yī)藥衛(wèi)生：2.轉(zhuǎn)基因克隆動物的細胞、組織或器官可以作為異種移植的供體。3.以患者作為供體培育的人核移植胚胎干細胞，經(jīng)誘導分化能形成相應的細胞、組織或器官，將它們移植給患者時可以避免免疫排斥反應?？蒲校?.研究克隆動物可使人類更深入地了解胚胎發(fā)育及衰老過程；2.克隆一批遺傳背景相同的動物，可以通過它們之間的對比來分析致病基因；3.克隆特定疾病模型的動物，還能為研究該疾病的致病機制和開發(fā)相應的藥物提供幫助。保護瀕危物種：存在的問題三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題3.克隆動物存在健康問題；許多克隆動物表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷。如體型過大，異常肥胖，發(fā)育困難，臟器缺陷，免疫失調(diào)等。易出現(xiàn)早衰（多利羊猜想）4.克隆動物食品的安全性問題存在爭議。胚胎移植→動物幼體產(chǎn)出概率＜10％1.成功率低；2.核移植的理論研究較為滯后；應用前景畜牧生產(chǎn)保護瀕危動物醫(yī)藥衛(wèi)生治療人類疾病科研存在的問題加速家畜遺傳改良進程，促進優(yōu)良畜群繁育。有望增加瀕危物種的存活數(shù)量轉(zhuǎn)基因克隆動物可以作為生物反應器，生產(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白。①轉(zhuǎn)基因克隆動物的細胞、組織或器官可以作為異種移植的供體；②以患者作為供體培育的人核移植胚胎干細胞，經(jīng)過誘導分化能形成相應的細胞、組織或器官，將它們移植給患者時可以避免免疫排斥反應。①研究克隆動物可使人類更深入地了解胚胎發(fā)育及衰老過程②克隆一批遺傳背景相同的動物，可以通過它們之間的對比來分析致病基因③克隆特定疾病模型的動物，還能為研究該疾病機制和開發(fā)相應的藥物提供幫助。①成功率非常低②各個技術環(huán)節(jié)有待進一步改進③絕大多數(shù)克隆動物存在健康問題，表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷?？偨Y：概述過程動物細胞核移植結果生殖方式原理分類動物細胞核移植動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合胚胎移植早期胚胎培養(yǎng)前景和問題畜牧生產(chǎn)、保護瀕危物種、醫(yī)藥衛(wèi)生、治療人類疾病、科研成功率低、環(huán)節(jié)有待改進、健康問題課堂小結一、概念檢測1.假設世界上最后一頭野驢剛死亡，以下使它“復生”的方案中可行的是（）A.將野驢的基因?qū)爰殷H的受精卵中，培育出新個體B.將野驢的體細胞取出，利用組織培養(yǎng)培育岀新個體C.將野驢的體細胞兩兩融合，再經(jīng)組織培養(yǎng)培育出新個體D.將野驢的體細胞核移植到家驢的去核卵母細胞中，經(jīng)孕育培育出新個體練習與應用D2.2017年，某國批準了首例使用細胞核移植技術培育“三親嬰兒”的申請。其培育過程可選用如下技術路線。據(jù)圖分析下列敘述錯誤的是（）練習與應用A.該技術涉及物細胞培養(yǎng)、細胞核移植等操作B.該技術可避免母親的線粒體遺傳病基因傳遞給后代C.卵母細胞捐獻者攜帶的紅綠色盲基因能夠遺傳給“三親嬰兒”D.“三親嬰兒”同時擁有自己父親、母親及