2-2-3-動物體細胞核移植技術和克隆動物

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？動物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？動物體細胞核移植技術和克隆動物CONTENTS目錄動物細胞核移植技術Animalnucleartransfertechniques01體細胞核移植的過程Processofsomaticcellnucleartransfer02體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題Applicationprospectandexistingproblemsofsomaticcellnucleartransfer03習題鞏固Exercisestoconsolidate04動物細胞核移植技術AnimalnucleartransfertechniquesPART01

Problemsdiscussed00問題探討“（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。毫毛來自體細胞，我們能用體細胞“變”出猴來嗎？

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”（如右圖)。

Problemsdiscussed——Cloningtechnology00問題探討——克隆技術為何不稱為“克隆技術”而是“核移植技術”？克隆（Clone）技術：

在生物學上包含分子、細胞、個體3個層次，即分子克隆、細胞克隆、個體克隆。是一個很廣的概念，凡指新形成的事、物與親本一致的現(xiàn)象均可稱為“克隆”。單克隆抗體技術、PCR技術動物細胞培養(yǎng)技術植物細胞培養(yǎng)技術植物組織培養(yǎng)技術核移植技術

Problemsdiscussed00問題探討1.克隆猴的過程中最大的困難是什么？最大的困難是如何才能激發(fā)動物細胞表達其全能性。2.由于植物細胞具有全能性，所以可以直接利用其體細胞培育

出克隆植物?？梢灾苯永脛游锛毎嘤隹寺游飭幔坎荒?。因為動物細胞的全能性受到限制，不能經(jīng)培養(yǎng)直接發(fā)育成完整個體，所以動物通過體細胞核移植技術得到克隆動物。

Animalnucleartransfertechniques01動物細胞核移植技術1.概念：將動物的一個細胞的

，移入

中，

使這個重新組合的細胞發(fā)育成

，繼而發(fā)育成

的技術。細胞核去核的卵母細胞新胚胎動物個體卵母細胞動物細胞去核取核移入重組細胞新胚胎克隆動物發(fā)育發(fā)育2.原理：動物細胞核的全能性3.生殖方式：無性生殖

Animalnucleartransfertechniques01動物細胞核移植技術卵母細胞動物細胞去核取核移入重組細胞發(fā)育新胚胎發(fā)育克隆動物1.克隆動物不是核供體動物100%復制的原因是什么？①克隆動物的細胞質遺傳物質來自受體卵母細胞的細胞質。②生物的性狀不僅與遺傳物質有關，還受環(huán)境等因素的影響。

Animalnucleartransfertechniques01動物細胞核移植技術4.哺乳動物核移植分類：種類難易程度原因相對容易十分困難胚胎細胞核移植體細胞核移植分化程度低，全能性容易表現(xiàn)分化程度高，全能性難表現(xiàn)動物細胞核的全能性整個細胞隨分化程度的提高，分化潛能逐漸減弱，全能性受到限制。

Animalnucleartransfertechniques01動物細胞核移植技術5.非人靈長類動物體細胞核移植的困難原因：①供體細胞的細胞核在去核卵母細胞中不能完全恢復其

前

的功能狀態(tài)，這導致了

；胚胎發(fā)育率低②對非人靈長類動物

進行操作的技術尚不完善。胚胎分化非人靈長類動物：具有許多與人類相似的生物學特征的靈長類動物。

我國科學家經(jīng)過多年努力，攻克了這些障礙，終于成功獲得了體細胞克隆猴。體細胞核移植的過程ProcessofsomaticcellnucleartransferPART02

Processofsomaticcellnucleartransfer——Takesomaticcloningofcattle02體細胞核移植的過程——以體細胞克隆牛為例從屠宰場收集牛卵巢，采集卵母細胞(研究人員正在使用設備從牛的卵巢采集卵母細胞)，在體外培養(yǎng)到MⅡ期高產(chǎn)奶牛(供體)從供體高產(chǎn)奶牛身體的某一部位(如耳)上取體細胞，進行細胞培養(yǎng)通過顯微操作去核將供體細胞注射入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞，形成重構胚胎將胚胎移入受體(代孕)母牛體內出生與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛

Processofsomaticcellnucleartransfer——Oocyteselection02體細胞核移植的過程——卵母細胞選擇從屠宰場收集牛卵巢，采集卵母細胞(研究人員正在使用設備從牛的卵巢采集卵母細胞)，在體外培養(yǎng)到MⅡ期。①卵母細胞體積大，易操作②卵黃多，營養(yǎng)物質豐富。1.為何選用卵母細胞？2.為何要培養(yǎng)到MⅡ期？含有促使細胞核表達全能性的物質和營養(yǎng)條件正常排出的卵子即處于MⅡ期

Processofsomaticcellnucleartransfer——Selectionandcultureofdonorcells02體細胞核移植的過程——供體細胞的選擇和培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛(供體)

一般選用傳代10代以內的細胞，因為10代以內的細胞一般能保持正常的二倍體核型，保證了供體細胞正常的遺傳基礎。從供體高產(chǎn)奶牛身體的某一部位(如耳)上取體細胞，進行細胞培養(yǎng)。

Processofsomaticcellnucleartransfer——Oocyteenucleate02體細胞核移植的過程——卵母細胞去核通過顯微操作去核實際上是去除紡錘體-染色體復合物1.卵母細胞去核的原因是什么？保證克隆動物的遺傳物質最大限度來自優(yōu)良供體。2.卵母細胞去核的方法顯微操作去核法梯度離心紫外光短時間照射化學物質處理使DNA變性失活，達到去核的目的。沒有刺破卵母細胞膜，對卵母細胞傷害小。

Processofsomaticcellnucleartransfer——Donornucleiweretransplantedintoenucleatedoocytes02體細胞核移植的過程——供體核移植到去核卵母細胞將供體細胞注射入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞，形成重構胚胎。人工重新構建的胚胎，具有發(fā)育成完整個體的能力。將供體細胞整個注入去核卵母細胞中的原因：對卵母細胞損傷較?。槐ＷC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

Processofsomaticcellnucleartransfer——Activationofreconstructedembryosandembryotransfer02體細胞核移植的過程——重構胚胎的激活、胚胎移植將胚胎移入受體(代孕)母牛體內用物理或化學方法(如電刺激、Ca2+載體、乙醇、蛋白酶合成抑制劑等)激活重構胚胎，使其完成細胞分裂和發(fā)育進程。

Processofsomaticcellnucleartransfer——Childbirthgivesbirthtoclonedanimals02體細胞核移植的過程——分娩獲得克隆動物將胚胎移入受體(代孕)母牛體內出生與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛新生個體的細胞質基因一部分來自去核卵母細胞，一般分來自供體細胞。

Processofsomaticcellnucleartransfer02體細胞核移植的過程細胞培養(yǎng)MII期去核細胞融合激活重構胚取供體細胞采集卵母細胞供體細胞去核卵母細胞重構胚胎早期胚胎將胚胎移入受體（代孕）母牛體內將供體細胞注入去核的卵母細胞生出與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛動物細胞培養(yǎng)動物細胞核移植早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植1.繁殖方式：無性繁殖2.原理：動物細胞核的全能性

Problemsrelatedtosomaticcellnucleartransfer02有關體細胞核移植的問題1.在講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全部來自有重要利用價值的動物提供的體細胞。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？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。

Problemsrelatedtosomaticcellnucleartransfer02有關體細胞核移植的問題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，

將細胞逆轉到類似胚胎干細胞的狀態(tài)。

Problemsrelatedtosomaticcellnucleartransfer02有關體細胞核移植的問題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。體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題ApplicationprospectandexistingproblemsofsomaticcellnucleartransferPART0303體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題

Applicationprospectandexistingproblemsofsomaticcellnucleartransfer應用前景（1）在畜牧生產(chǎn)中加速家畜遺傳改良進程、促進優(yōu)良畜群繁育03體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題

Applicationprospectandexistingproblemsofsomaticcellnucleartransfer（2）在醫(yī)藥衛(wèi)生領域：①建立轉基因體細胞系，再利用此技術培育的轉基因克隆動物可作為生物反應器生產(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白。②治療人類疾病時，轉基因克隆動物的細胞、組織或器官，可作為異種移植的供體。③患者的核移植胚胎干細胞經(jīng)過誘導分化，能形成相應的細胞、

組織或器官可用于移植以避免免疫排斥反應。治療性克隆03治療性克隆與iPS細胞治療

TherapeuticcloningandiPScelltherapy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)生轉化03體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題

Applicationprospectandexistingproblemsofsomaticcellnucleartransfer（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。03體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題

Applicationprospectandexistingproblemsofsomaticcellnucleartransfer（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)量黑草黃弄蝶白鰭豚金絲猴03體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題

Applicationprospectandexistingproblemsofsomaticcellnucleartransfer存在問題（1）該技術的成功率非常低，各個技術環(huán)節(jié)有待進一步改進。（2）相對于技術研究，核移植的理論研究較為滯后，需要與

發(fā)育生物學、細胞生物學和分子遺傳學等學科更深層次

的理論研究相結合。（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，如體型過大、異常肥胖、發(fā)育困難、臟器缺陷和免疫失調等。用物理或化學方法激活重構胚通過顯微操作去核03課堂小結

Briefsummary概念動物細胞核移植技術過程應用種類原理供體受體結果在醫(yī)藥方面在保護瀕危物種方面在科研方面過程在畜牧方面習題鞏固ExercisestoconsolidatePART0404習題鞏固

Exercisestoconsolidate1.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.將野驢的基因導人家驢的受精卵中，培域植育出新個體B.將野驢的體細胞取出，利用組織培養(yǎng)培育出新個體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D04習題鞏固

Exercisestoconsolidate2.2017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。04習題鞏固

Exercisestoconsolidate據(jù)圖分析下列敘述錯誤的是()A.該技術涉及動物細胞培養(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