動(dòng)物體細(xì)胞克隆職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)課件

職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫動(dòng)物體細(xì)胞克隆職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫

由于體細(xì)胞克隆產(chǎn)生的動(dòng)物不經(jīng)過雌雄配子結(jié)合階段，因此又被稱為無性生殖。1996年世界首例體細(xì)胞克隆動(dòng)物——綿羊“Dolly”的誕生，越來越多科學(xué)家紛紛投入到體細(xì)胞克隆這一研究領(lǐng)域。體細(xì)胞克隆技術(shù)不僅僅在保護(hù)優(yōu)良品質(zhì)及瀕危物種中具有潛在的廣泛的應(yīng)用前景，更將在生物醫(yī)學(xué)及動(dòng)物生殖發(fā)育的基礎(chǔ)理論研究中發(fā)揮巨大的作用。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫2動(dòng)物克隆技術(shù)與遺傳育種0301體細(xì)胞克隆的相關(guān)概念02體細(xì)胞克隆的分子機(jī)理體細(xì)胞克隆的應(yīng)用前景職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫LOREMIPSUMDOLOR01體細(xì)胞克隆的相關(guān)概念職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫

體細(xì)胞克隆又稱體細(xì)胞核移植，是指利用一定的設(shè)備和技術(shù)手段，將動(dòng)物的體細(xì)胞移入到去核的成熟卵母細(xì)胞內(nèi)，形成一個(gè)新的體外重組胚胎，然后再于特定的發(fā)育時(shí)期將重組胚胎移植到代孕母體的子宮內(nèi)，完成發(fā)育，生產(chǎn)與體細(xì)胞供體核遺傳上同質(zhì)后代的過程。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫克隆1.1克隆：克隆是對(duì)英文單詞“clone”的音譯。廣義而言，克隆可以理解為復(fù)制和拷貝。在DNA水平上，DNA的克隆即是將一段DNA片段通過酶切、連接等DNA重組技術(shù)連接到可以在宿主細(xì)胞中(通常是大腸桿菌)進(jìn)行自我復(fù)制的載體上，然后通過宿主細(xì)胞的繁殖以及載體在宿主細(xì)胞中的自我復(fù)制獲得大量目的DNA片段。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫克隆1.1克?。涸诩?xì)胞水平上，細(xì)胞克隆是由一個(gè)細(xì)胞在體外的培養(yǎng)液中分裂若干代所形成的一個(gè)遺傳背景完全相同的細(xì)胞集體。在個(gè)體水平上，克隆是用一些特殊的設(shè)備和技術(shù)獲得一群遺傳背景即基因完全一致的個(gè)體。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫核移植1.2

核移植：利用顯微操作技術(shù)將供體細(xì)胞核(含有完整基因組的細(xì)胞核)移植到去除細(xì)胞核的卵母細(xì)胞中并在體外條件下形成重組胚胎的過程。在形成的重組胚胎中，基因組DNA完全來自于供體細(xì)胞的細(xì)胞核，因?yàn)樽鳛槭荏w的卵母細(xì)胞的細(xì)胞核在操作過程中已被提前去除掉。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫

在一定程度上，核移植等同于克隆。對(duì)大多數(shù)哺乳動(dòng)物而言，在實(shí)際操作中，為方便操作，通常用整個(gè)供體細(xì)胞代替供體細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去核的卵母細(xì)胞中。因?yàn)榇蠖鄶?shù)哺乳動(dòng)物的細(xì)胞核非常小，通常難以操作，而卵母細(xì)胞的細(xì)胞核除外。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫核供體和核受體1.3核供體：提供完整基因組的細(xì)胞，可以是胚胎細(xì)胞或不同細(xì)胞類型的體細(xì)胞。根據(jù)核供體細(xì)胞的類型，克隆可以分為胚胎細(xì)胞克隆和體細(xì)胞克隆。核受體：核受體通常指去除細(xì)胞核的卵母細(xì)胞。根據(jù)核供體和核受體是否來自同一物種，克隆又可分為同種克隆和異種克隆。如沒有明確指出異種克隆，體細(xì)胞克隆通常指同種克隆。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫LOREMIPSUMDOLOR2.體細(xì)胞克隆的分子機(jī)理職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫2.1

供體細(xì)胞核重構(gòu)

細(xì)胞核重構(gòu)是一個(gè)DNA重新包裝導(dǎo)致染色質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化的物理過程，供體細(xì)胞核的重構(gòu)不充分將會(huì)影響克隆胚胎整個(gè)的后期發(fā)育。

衡量細(xì)胞核結(jié)構(gòu)重構(gòu)的方法有很多，包括供體細(xì)胞核移植到去核卵母細(xì)胞胞質(zhì)后總體的結(jié)構(gòu)變化、體細(xì)胞核膨脹到類似原核的大小以及重新形成緊密的核仁。

在體細(xì)胞克隆中，供體細(xì)胞核與受體細(xì)胞質(zhì)之間的物質(zhì)交換是保證供體核重構(gòu)的條件。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫2.2

卵母細(xì)胞的激活

受精是精子與卵母細(xì)胞質(zhì)膜相互作用的一系列過程，精子穿透卵丘層和透明帶與卵母細(xì)胞質(zhì)膜發(fā)生反應(yīng)。受精后，卵母細(xì)胞質(zhì)膜啟動(dòng)一個(gè)信號(hào)使卵母細(xì)胞轉(zhuǎn)變成新的二倍體胚胎。這一過程稱為卵母細(xì)胞激活。卵母細(xì)胞激活包括大量形態(tài)學(xué)和生物學(xué)的變化，一些變化發(fā)生在精子與卵母細(xì)胞質(zhì)膜反應(yīng)后的幾秒或幾分鐘內(nèi)，而另一些變化發(fā)生可能要持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，卵母細(xì)胞激活發(fā)生的一系列反應(yīng)是胚胎發(fā)育所必需的。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫2.2卵母細(xì)胞的激活

大多數(shù)哺乳動(dòng)物的成熟卵母細(xì)胞由于促成熟因子(maturationpromotionfactor,MFP)的存在，都停滯于減數(shù)分裂Ⅱ期。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫2.2卵母細(xì)胞的激活

減數(shù)分裂Ⅱ期卵母細(xì)胞受精后在精子刺激下發(fā)生活化，呈現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度升高、MFP活性快速降低、卵母細(xì)胞減數(shù)分裂恢復(fù)、核膜破裂、染色體凝集、細(xì)胞骨架重構(gòu)、細(xì)胞形態(tài)變化等。Ca2+濃度升高是卵母細(xì)胞激活重要的誘導(dǎo)信號(hào)。體細(xì)胞克隆過程中，卵母細(xì)胞的激活是供體核與受體細(xì)胞質(zhì)蛋白交換的先決條件，因此也影響著供體細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)重構(gòu)。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫2.3

供體細(xì)胞核重編程

在體細(xì)胞克隆后，除了供體細(xì)胞核與受體卵母細(xì)胞胞質(zhì)的蛋白交換和細(xì)胞核重構(gòu)外，高度分化的供體細(xì)胞核還要去分化后進(jìn)行表觀修飾的重編程，以獲得發(fā)育的全能性。供體細(xì)胞核重編程主要包括DNA甲基化、組蛋白乙酰化和甲基化、X染色體失活、印記基因以及端粒長度等。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫LOREMIPSUMDOLOR3.體細(xì)胞克隆的應(yīng)用前景職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫體細(xì)胞克隆在畜牧業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用3.1

畜牧業(yè)的發(fā)展關(guān)系到整個(gè)國家人民的生活水平。因此，培育和擴(kuò)繁品質(zhì)優(yōu)良的家畜品種成為畜牧業(yè)研究者的共同目標(biāo)。與傳統(tǒng)的雜交育種相比，利用體細(xì)胞克隆技術(shù)擴(kuò)繁品質(zhì)優(yōu)良的家畜可以節(jié)約大量的時(shí)間和成本，且能最大限度的保存該優(yōu)良基因。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫①改善肉奶品質(zhì)：基因敲除技術(shù)結(jié)合體細(xì)胞克隆技術(shù)獲得了牛奶中不含β-乳球蛋白的克隆牛，而這樣的牛奶就不會(huì)引起人們對(duì)牛奶的過敏癥。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫②提高家畜抗病性：將編碼溶葡萄球菌酶的基因轉(zhuǎn)入奶?；蚪M中獲得轉(zhuǎn)基因克隆牛，其乳腺中表達(dá)的溶葡萄球菌酶可以有效預(yù)防由葡萄球菌引起的乳腺炎職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫③環(huán)保型家畜的培育：動(dòng)物產(chǎn)生的磷污染在農(nóng)業(yè)上是一個(gè)很嚴(yán)重的問題。2001年，加拿大某大學(xué)的科學(xué)家通過基因修改技術(shù)，將在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的一種可產(chǎn)生植酸酶的基因與從老鼠身上取出的一種可調(diào)控唾液腺產(chǎn)生的酶的啟動(dòng)子進(jìn)行組合，培育出糞便含磷量減少75%的轉(zhuǎn)基因豬，并將這種豬的商標(biāo)確定為“環(huán)保豬”。這種新型豬的唾液所產(chǎn)生的植酸酶可以有效地消化植物磷，對(duì)于環(huán)保大有裨益。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫體細(xì)胞克隆在動(dòng)物生物反應(yīng)器中的應(yīng)用3.2

動(dòng)物的乳腺可以分泌大量有功能且比較容易純化的蛋白。自從轉(zhuǎn)基因克隆技術(shù)誕生，人們就開始利用大動(dòng)物的乳腺作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)大量醫(yī)用蛋白或藥物。從2002年至今，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李寧教授課題組先后獲得了轉(zhuǎn)有人乳鐵蛋白基因、人乳清白蛋白基因、人溶菌酶基因和人巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶基因的轉(zhuǎn)基因克隆奶牛。這些在牛奶中表達(dá)的人源蛋白具有與天然蛋白相同的生物活性且在醫(yī)學(xué)上具有不同的殺菌保健功能。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫體細(xì)胞克隆在異種器官移植和動(dòng)物疾病模型中的應(yīng)用3.3

器官移植已經(jīng)成為器官功能喪失的晚期病人的最佳治療方法。所謂異種器官移植，就是將動(dòng)物的器官、組織或細(xì)胞導(dǎo)入人體體內(nèi)進(jìn)行疾病治療?；趯?duì)倫理道德方面的考慮以及動(dòng)物的繁殖特點(diǎn)、疾病傳染、器官匹配、生理學(xué)過程等諸多方面的考慮，家豬成為首選對(duì)象。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫體細(xì)胞克隆在治療性克隆中的應(yīng)用3.4

胚胎干細(xì)胞具有誘導(dǎo)分化成所有成年細(xì)胞類型的潛能。因此，自從人的胚胎干細(xì)胞建系以來，科學(xué)家們一直嘗試著將胚胎干細(xì)胞定向誘導(dǎo)分化為特定類型的細(xì)胞、組織或器官，用以替代病人體內(nèi)受損傷的組織、器官，達(dá)到治病救人的目的。體細(xì)胞克隆獲得成功以后，許多科學(xué)家大膽地提出了治療性克隆(therapeuticcloning)的設(shè)想，理論上講是不存在免疫排斥。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫體細(xì)胞克隆在保護(hù)瀕危物種和珍稀動(dòng)物中的應(yīng)用3.5

瀕危物種和珍稀動(dòng)物一般都是由于環(huán)境或內(nèi)在因素影響其繁殖力，從而使個(gè)體數(shù)量減少，如我國國寶級(jí)動(dòng)物大熊貓、金絲猴、東北虎等。自從體細(xì)胞克隆技術(shù)建立以來，人們?cè)趪L試對(duì)家畜進(jìn)行克隆的同時(shí)，也在進(jìn)行著對(duì)這些瀕危物種和珍稀動(dòng)物的保護(hù)性克隆研究。職業(yè)教育醫(yī)學(xué)生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫體細(xì)胞克隆在基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用3.5

體細(xì)胞克隆技術(shù)本身涉及細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、胚胎生物學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)等諸多學(xué)科的理論問題。利用這一技術(shù)為人們進(jìn)一步研究發(fā)育、分化、生長、衰老、腫瘤發(fā)生等常見的長期困