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(共28張PPT)
第3課時動物體細胞核移植技術和克隆動物
第2節動物細胞工程
新人教版 選擇性必修3 第2章細胞工程
學習目標 /LEARNING TARGET
1.闡明動物細胞核移植技術的概念和原理。(生命觀念)
2.用文字和圖示表述體細胞核移植的過程。(科學思維)
3.認同體細胞核移植技術具有廣闊的應用前景，客觀分析該技術
存在的問題。(社會責任)
01 動物細胞核移植技術
動物細胞核移植技術
將動物一個細胞的細胞核，移入去核的卵 母細胞中，使這個重新組合的細胞發育成 新胚胎，繼而發育成動物個體的技術。
動物細胞核移植技術的發展歷程
1952年， Robert Briggs 和Thomas Joseph King在《美國科學院院刊》上報道
的豹蛙胚胎細胞核移植研究與該實驗模式圖，兩棲類動物中首次獲得核移植成功。
A VoL.38,1952 ZOOLOGY:BRIGGS AND KING PRoc.N.A.S.
TRANSPLANTATION OF LIVING NUCLEI FROM BLASTULA
CELLS INTO ENUCLEATED FROGS'EGGS*
BY ROBERT BRIGGS AND THOMAS J.KING
INSTITUTE FOR CANCER RESEARCH AND LANKENAU HoSPITAL RESEARCH INSTITUTE,
PHILADELPHIA,PENNSYLVANIA
Communicated by C.W.Metz,March 15,1952
Separation Separation
Development
Reconstructed egg
Created by Dr.Qin
Ranapipiens
egg
Ranapipiens embryo
One of
blastomeres
Individual
Nucleus
鯉魚
囊胚細胞
細胞核
重組細胞
鯉鯽移核魚
在脊椎動物核移植的研究中，我國科學家的工作一度處于世界先
進水平。20世紀70年代，我國科學家童第周等人完成了鯉魚和 鯽魚之間的細胞核移植，將鯉魚囊胚細胞的核移植到去核的鯽魚 未受精的卵中。培育出具有正常生殖能力的鯉鯽移核魚，肌肉蛋 白含量比鯉魚高，脂肪含量比鯉魚低，生長速度比鯽魚快。
動物細胞核移植技術的發展歷程
生物的性狀受細胞核和細胞質中遺傳物質的共同控制。
細胞核移植
卵細胞(
鯽魚
細胞質
From intestinal epithelial
cells of tadpoles
In early 1960,Gurdon
transplanted intestinal
epithelium-cell nuclei
from Xenopus tadpoles
into enucleated frog
eggs and managed to
produce 10 normal
tadpoles
Erucleated egg
Xenopus laevis 知乎@菲利普醫生
動物細胞核移植技術的發展歷程
1962年，英國牛津大學英國發育生物學家約翰 · 格登(John Bertrand Gurdon)利
用非洲爪蟾進行了一系列的核移植試驗，用小腸上皮細胞作為核供體，通過連續核 移植的辦法成功獲得少量蝌蚪，其中有幾只成功發育成為成體爪蟾。
John Bertrand Gurdon-Godfather of cloning
1996年7月5日，伊恩 ·維爾穆特(Wilmut) 領導的科研小組，利用克隆技術，用已
經分化的成熟的體細胞核(乳腺細胞)通過核移植技術克隆出一只母羊——多莉， 并于1997年2月27日的英國《自然》雜志報道，這是世界上第一例經體細胞核移植
動物細胞核移植技術的發展歷程
出生的哺乳動物。
提供卵 細胞
重組
卵細跑
發育成胚胎
甲羊 胚胎移入子
宮內發育
取出細胞核 多莉
提供乳 腺細胞
去核卵細胞
丙羊
乙羊
動物細胞核移植技術的發展歷程
2017年中國科學院神經科學研究所孫強團隊，突破了體細胞克隆猴的世界難題，成功
培育出世界首個體細胞克隆猴，11月27日，世界上首個體細胞克隆猴“中中”誕生， 12月5日第二個克隆猴“華華”誕生，體細胞核移植首次在非人靈長類動物中獲得成 功。該成果于2018年1月25日以封面文章在線發表在生物學頂尖學術期刊《細胞》上。
A B
"ZZ" "HH"
Figure 4.Analysis of Cloned Cynomolgus Monkeys
(A and B)Images of Zhong Zhong (ZZ)and Hua Hua(HH),two cynomolgus monkeys generated by SCNT using fetal monkey fibroblasts,at 20 and 34 days after birth,respectively.
(C)Three examples of short tandem repeats (STRs)from ear tissues of"ZZ"and "HH," showing that their nuclear DNA was identical to that of the donor fibroblast but different from those of their oocyte donor and surrogate monkeys. More extensive list of STRs are shown in DataS3. (D and E)Examples of single-nucleotide poly- morphisms (SNPs)for"ZZ"and "HH,"respec- tively,showing mitochondria DNA SNPs that were identical to those of the oocyte donor monkey but different from those of surrogate monkey and donor fibroblast.More examples are shown in
Figure S3.
動物細胞核移植技術
哺乳動物核移植可以分為胚胎細胞核移植和體細胞核移植
Mammalian nuclear transfer can be divided into embryonic cell nuclear transfer and somatic cell nuclear transfer
相對困難
因為分化程度高， 全能性較難表現
相對容易
因為分化程度低， 全能性容易表現
胚胎細胞核移植
體細胞核移植
學生活動一：閱讀教材P53 圖2-18內容，
1、梳理高產奶牛的克隆過程；
2、以文字和箭頭的形式寫出體細胞克隆猴的誕生過程。
從屠宰場收集牛卵巢，采集卵母
細胞(左邊照片為研究人員正在
使用設備從牛的卵巢采集卵母細
胞),在體外培養到MII期
高產奶牛(供體)
從高產供體奶牛身體的
某 一 部位(如耳)上取
體細胞，進行培養
通過顯微操作去核
將供體細胞注入去
核的卵母細胞
用物理或化學方法(如電刺激、 Ca+載體、乙醇和蛋白酶合成抑 制劑等)激活重構胚，使其完 成細胞分裂和發育進程
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。
生出與供體奶牛遺傳物 質基本相同的犢牛
采集卵母細胞
MⅡ 期去核
去核卵母細胞
將供體細胞注入去核的卵母細胞
細胞融合
重構胚
用物理或化學方法激活重構胚
將胚胎移入受體(代孕)母牛體內
生出與供體遺傳物質基本
相同的克隆動物
體外培養體細胞 卵母細胞供體
卵母細胞
#
融合
去核卵母細胞
@
克隆后代
學生活動一：閱讀教材P53圖2-18內容，
1、梳理高產奶牛的克隆過程；
2、以文字和箭頭的形式寫出體細胞克隆猴的誕生過程。
取供體細胞
供體細胞
細胞培養
克隆胚胎
受體動物
重構胚
體細胞
激活
1 、為何選用MⅡ卵母細胞
2、卵母細胞去核的原因、方法、實質是什么
3、將供體細胞整個注入去核卵母細胞中的原因
4、什么是重構胚 處理重構胚的目的是什么
5、克隆動物是對體細胞供體動物進行了100%的復制嗎 為什么
6、該過程中應用到了哪些技術
學生活動二：根據體細胞克隆猴的誕生過程，思考并回答以下問題 ，
小組討論交流展示。
為何選用MⅡ 卵母細胞
① 卵細胞體積大，容易操作；
② 營養物質豐富，為發育提供充足營養
③ 含有促使細胞核表達全能性的物質
學生活動二：根據體細胞克隆猴的誕生過程，思考并回答以下問題， 小組討論交流展示。
體細胞 重構胚 融合 克隆胚胎 @ 受體動物
卵母細胞
|
去核卵母細胞
克隆后代
存在激活重構胚需要的因子，如促成熟因子MPF , 其水平高低可影響供體染色質的狀態和復制
體外培養體細胞 卵母細胞供體
激活
體外培養體細胞 卵母細胞供體
②
卵母細胞
重構胚
融合
去核卵母細胞
@
克隆后代
卵母細胞去核的原因、方法、實質是什么
① 為使核移植動物的核遺傳物質全部來自供體的細胞；
② 并防止細胞染色體的數量發生變化。
方法 ：
紡錘體——染色體復合物
學生活動二：根據體細胞克隆猴的誕生過程，思考并回答以下問題 小組討論交流展示。
梯度離心 紫外線短時間照射 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。
通 過 顯 微 操 作 去 “ 核”
克隆胚胎
體細胞
受體動物
激活
體外培養體細胞 體細胞 重構胚 克隆胚胎 受體動物 卵母細胞供體 ③
卵母細胞
|
去核卵母細胞
@
克隆后代
學生活動 二：根據體細胞克隆猴的誕生過程，思考并回答以下問題，
小組討論交流展示。
將 供體細胞整個注入去核卵母細胞中的原因
①保證供體細胞的細胞核不被破壞，操作方便；
②對卵母細胞損傷較小。
融合 激活
O
學生活動 二：根據體細胞克隆猴的誕生過程，思考并回答以下問題， 小組討論交流展示。
體外培養體細胞 ④ )什么是重構胚 激活重構胚的目的是什么
卵母細胞供體
促融
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。
激活
用電刺激、Ca + 載體、乙醇和蛋白酶
合成抑制劑等激活重構胚，使其完成 細胞分裂和發育進程。
體細胞
重構胚
融合 克隆胚胎 激活
卵母細胞
去核卵母細胞
克隆后代
受體動物
@
學 生 活 動 二：根據體細胞克隆猴的誕生過程，思考并回答以下問題， 小組討論交流展示。
細胞核的DNA→ 來自于供體動物的細胞核
線粒體中的DNA→ 供體細胞和卵母細胞
可能發生基因突變、染色體變異等可遺傳變異
克隆動物是對體細胞供體動物進行了100%的復制嗎
為什么
體外培養體細胞
體細胞
卵母細胞
去核卵母細胞
克隆動物 遺傳物質
重構胚
克隆胚胎
生活環境：
性狀
卵母細胞供體
融合 激活
去核
克隆后代
受體動物
體外培養體細胞 卵母細胞供體
卵母細胞
]#
融合
去核卵母細胞
@
克隆后代
受體動物
該過程中應用到了哪些技術
動物細胞培養
動物細胞核移植
動物細胞融合
早期胚胎培養
胚胎移植
學生活動 二：根據體細胞克隆猴的誕生過程，思考并回答以下問題， 小組討論交流展示。
體細胞
重構胚
克隆胚胎
激活
動物體細胞核移植技術
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，這導致了胚胎發育率低。
胚胎移植
代孕母親 克隆猴
恭 喜 中 國 標志著我國將率先開 啟以獼猴作為實驗動物模型的時代
對非人靈長類動物胚胎進行操作 的技術尚不完善。
體外培養猴 成纖維細胞
成纖維細胞
注入
kdm4d
mRNA
卵供體
卵子
去核
卵子
去核| 融合
激活
體細胞克隆猴的成功，將推動中國率先發展出基于非人靈長類疾病動物模型的全新醫藥研發產業鏈，
克隆特定疾病模型的動物，為該 疾病的致病機制和開發相應的藥 物提供幫助。
加速針對阿爾茨海默病、自閉癥等腦疾病，以及免疫缺陷、腫瘤、代謝性疾病的新藥研發進程。
畜牧
生產
保護 物種
02 體細胞核移植技術的應用前景
加速家畜遺傳改良進程， 促進優良畜群繁育
科學 研究
醫藥
衛生
學生活動三：閱讀教材P54內容，總結體細胞核移植技術的應用前景
及存在問題。
加速家畜遺傳改良進程， 促進優良畜群繁育
乳腺生物反應器
克隆動物乳汁中含有
人抗胰蛋白酶
克隆動物作為生物反應器，生
產醫用蛋白；
治療人類疾病時，轉基因克隆
動物的細胞、組織或器官用于
異種移植；
患者的核移植胚胎干細胞經過
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。
研究克隆動物可深入了解胚胎發 育及衰老過程；
克隆遺傳背景相同的動物，通過 對比分析致病基因；
克隆特定疾病模型的動物，為該 疾病的致病機制和開發相應的藥 物提供幫助。
保護瀕危物種，增加存活數量
畜牧
生產
保護
物種
02 體細胞核移植技術的應用前景
科學 研究
醫藥
衛生
轉基因異種心臟移植手術。
→ 將豬Gal抗原基因敲除
分離出豬細胞
將經基因改造豬
器官移植到人體
Gal 抗原基因敲除豬細胞
基因修飾克隆豬
加入人體基因
異種移植
2022年1月10日，美國馬里蘭大學醫學院發布聲明稱，其與馬里蘭大學醫學中心
的醫生合作，把轉基因豬的心臟移植到一名心臟病晚期患者體內，這是世界首例
Gal 抗原基因敲除
并轉入人體基因的細胞
核移植(克隆
胚胎干細胞的應用
以患者作為供體培育的人核移植胚胎干細 胞，經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。
胰島細胞 血細胞 心肌細胞 神經細胞
器官移植
分
去核的
卵母細胞
核移植
O)重組細胞
胚胎干細胞
取細胞
取核
病人
肝細胞
理論研究
較為滯后
需要與發育生物學、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。
克隆動物
健康問題
表現出遺傳和生理缺陷
02 體細胞核移植技術存在的問題
“多莉”只存活7年，遠低于平均壽命12年
克隆動物 成功率低
概念
胚胎細胞核移植
動物體細胞
核移植
體細胞核移植
過程： 動物細胞培養→動物細胞核移植→早期胚胎培養→胚胎移植
應用前景及
存在問題
課堂總結/CLASSROOM SUMMARY
類 型
理論基礎
動物細胞核的全能性
涉及的生物技術手段
動物細胞培養技術 動物細胞融合技術
核移植技術 早期胚胎培養胚胎移植技術
關于性狀
克隆動物的性狀與體細胞核供體基本相同 克隆動物的性狀與卵母細胞供體部分相同
克隆動物的性狀與代孕母體沒有直接關系
將供體細胞注入去核的卵母細胞
細胞融合
重構胚
用物理或化學方法激活重構胚
將胚胎移入受體(代孕)母牛體內
生出與供體遺傳物質基本
相同的克隆動物
課堂重點/CLASSROOM FOCuS
采集卵母細胞
MⅡ 期去核 去核卵母細胞
取供體細胞
,細胞培養
供體細胞
練習與應用
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 ( D )
A. 將野驢的基因導入家驢的受精卵中，培育出新個體
B.將野驢的體細胞取出，利用組織培養培育出新個體
C. 將野驢的體細胞兩兩融合，再經組織培養培育出新個體
D. 將野驢的體細胞核移植到家驢的去核卵母細胞中，經孕育培育出新個體

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