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2.2.3動物細胞工程三動物體細胞核移植技術和克隆動物 課件(共30張PPT)2024-2025學年人教版(2019)高中生物學選擇性必修3

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2.2.3動物細胞工程三動物體細胞核移植技術和克隆動物 課件(共30張PPT)2024-2025學年人教版(2019)高中生物學選擇性必修3

資源簡介

(共30張PPT)
1996年 英國 伊恩·維爾穆特
2017年 “中中”“華華”
思考:
2 這些克隆動物的生殖方式屬于?
1 克隆動物是使用親本的什么細胞培育而成的?
3.克隆動物培育過程中最大的困難是什么?
4 如何激發動物細胞表達其全能性呢?
細胞核移植技術
體細胞
動物細胞的全能性受到限制,不能經培養直接發育成完整個體,
Part.01
第2節 動物細胞工程
三 動物體細胞核移植技術和克隆動物
1.概念:
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。
2.原理:
動物細胞核的全能性
3.生殖方式:
無性生殖
卵母細胞
動物體細胞
去核
取核
移入
重組細胞
新胚胎
克隆動物
發育
發育
用核移植的方法得到的動物稱為克隆動物
體細胞或者胚胎細胞的細胞核
→保持優良性狀
(一)動物細胞核移植技術
4.種類:
胚胎細胞核移植:
體細胞核移植:
細胞分化程度低,表現全能性容易
細胞分化程度高,表現全能性十分困難
動物體細胞核移植的難度明顯高于胚胎細胞核移植
在體細胞核移植中,非人靈長類動物體細胞核移植非常困難:
①供體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。
具有許多與人類相似的生物學特征的靈長類動物
②對非人靈長類動物胚胎進行操作的技術尚不完善。
我國科學家成功獲得了世界上首例體細胞克隆猴。
克隆技術:是一個很廣的概念,凡指新形成的事、物與親本一致的現象均可稱為“克隆”。
在生物學上,克隆是無性繁殖,具體地說,是指一個共同的祖先,通過無性繁殖的方法產生出來的一群遺傳特性相同的分子、細胞或個體。
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:
思考:下列克隆分別用什么技術?
動物克隆—— 動物細胞克隆——
植物克隆—— DNA克隆——
動物細胞培養技術
動物體細胞核移植技術
植物組織培養技術
PCR技術
1997年,美國的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達的奶牛,年產奶量為30.8t,創造了世界奶牛產奶量最高新紀錄。目前世界各國高產奶牛場奶牛,年平均產奶量一般為十幾噸,而我國奶牛產奶量年平均水平僅為3~4t。
思考:依據“多莉羊”的培育過程,如何進行優質奶牛的快速繁育?
(二)體細胞核移植的過程
取卵母細胞,體外培養至MⅡ期
供體細胞培養
重構胚
去核卵母細胞
顯微操作去核
胚胎
代孕
動物
電融合
激活
早期胚胎培養
胚胎移植
分娩
注入
克隆動物
體細胞核移植技術的流程
體細胞核移植過程
MⅡ
細胞融合
受體
供體
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),在體外培養到MⅡ期(減Ⅱ中期)
(1)為什么選擇卵母細胞作為核移植受體細胞?
①體積大,易操作
②含有促使細胞核表達全能性的物質
③營養物質豐富。
(2)為何要培養到MⅡ期?
此時的卵母細胞發育成熟,細胞質中具有激活重構胚以及早期胚胎發育的必需物質。
(此時的細胞核核膜核仁消失,為紡錘體-染色體復合物)
MⅡ期的次級卵母細胞
1 卵母細胞的培養
2 卵母細胞去核
(1)方法:
顯微操作去核法
其它:梯度離心、紫外線短時間照射和化學物質處理等方法。
優點:
在沒有穿透卵母細胞透明帶的情況下去核或使DNA變性,對卵母細胞傷害小。
(2)卵母細胞去核的原因?
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。
是去除紡錘體-染色體復合物
(3)“去核”實際去的是什么?
MⅡ期的次級卵母細胞
高產奶牛(供體)
從供體高產奶牛身體的某一部位(如耳)上取體細胞,進行細胞培養
(1)供體:提供細胞核的個體;
供體細胞:有重要利用價值的動物
的體細胞。
(2)培養過程中,一般選用傳代10代以內的細胞,為什么?
因為當傳代至10-50代左右時,部分細胞核型可能會發生變化,而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。
3 供體細胞的選擇和培養
4 供體細胞注入去核的卵母細胞
(1)將整個供體細胞注入去核卵母細胞的優點?
①保證供體細胞的細胞核不被破壞,操作方便。
②傳遞線粒體DNA:
(2)兩個細胞發生融合的方法
電融合法--供體核進入卵母細胞,形成重構胚。
電融合法
實質是直接將供體細胞注入去核卵母細胞的透明帶內
將整個供體細胞注入卵母細胞
5重構胚的激活
(3)激活重構胚目的是?
使其完成細胞分裂和發育過程。
(1)重構胚:
是指人工重新構建的胚胎,具有發育成完成個體的能力。
(2)如何激活重構胚?
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
重構胚
早期胚胎
如電刺激、Ca2+ 載體、乙醇、蛋白酶合成抑制劑等
(代孕)母牛體內
生出與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛
克隆動物
早期胚胎
(1)動物體細胞核移植技術證明了?(原理)
已分化的動物體細胞的細胞核具有全能性
(2)從遺傳物質的角度分析,克隆動物是對體細胞供體動物進行了100%的復制嗎?
② 生物性狀還受環境因素的影響。
① 克隆動物遺傳物質來源
核遺傳物質:
全部來自
供體動物的細胞核
質遺傳物質:
一部分來自 細胞,
另一部分來自 。
供體
受體卵母細胞
③ 克隆動物在個體發育過程中有可能發生基因突變、染色體變異等可遺傳變異
6 胚胎移植
無性生殖
采集卵母細胞,在體外培養到MⅡ期
從供體動物身上取體細胞
顯微操作 去核
對體細胞 進行培養
去核的卵母細胞
供體細胞
電融合法
將供體細胞注入去核的卵母細胞
重構胚
用物理或化學方法激活
早期胚胎
將胚胎移入受體(代孕)母牛體內
生出與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛
早期胚胎培養
動物細胞培養
胚胎移植
動物細胞融合
動物細胞核移植技術
6.供體細胞注入卵母細胞的優點 __________________
7.誘導融合的方法____________________
8.融合的結果______________________________
9.重構胚概念_________________________________________
1.采集的卵母細胞應培養至_____________________
2.選擇MⅡ期卵母細胞的原因
①____________________________________
②_________________________
③_________________________
3.卵母細胞去核的方法_________________
4.“去核”去的是什么?________________________
5.去核的原因________________________________________________________
MⅡ期(減數分裂Ⅱ中期)
卵母細胞內卵黃多,營養物質豐富
細胞體積大,易于操作
顯微操作(去核)法
紡錘體-染色體復合物
含有促進細胞核表現全能性的物質
使核移植得到的胚胎或動物核內遺傳物質全部來自有重要利用價值的動物
對供體細胞損傷較小
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,具有發育成完整個體的能力
1在畜牧生產中:
加速家畜遺傳改良進程、促進優良畜群繁育
2018年,中國西北農林科技大學成功克隆荷斯坦奶?!版ゆぁ保浜斯w為年產奶量超10噸的精英母牛。后續批量克隆的奶牛群體乳蛋白含量提升12%,繁殖效率提高30%。
(三)體細胞核移植技術的應用前景
轉基因體細胞
2 在醫藥衛生領域:
①通過建立轉基因體細胞系,再利用體細胞核移植技術培育的轉基因克隆動物可以作為生物反應器,生產許多珍貴的醫用蛋白;
乳腺生物反應器
如果科學家獲得了一個藥用蛋白基因,如何生產大量藥用蛋白?
②在治療人類疾病時,轉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生免疫排斥反應。
(治療性克隆)
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
各種細胞組織或器官
iPS細胞
取出
胚胎干細胞
誘導
移植
治療性克隆
iPS細胞治療
細胞發生轉化
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。
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。
體細胞核移植技術 誘導iPS細胞
過程 細胞的來源
操作難度
都能生成干細胞,但它們的過程是完全不同的
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,生成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些,研究表明成纖維細胞、B淋巴細胞、T淋巴細胞等都可以
涉及采集卵母細胞、去核、融合等復雜的操作
技術流程相對簡單,可能更適合用于生產實踐
①研究克隆動物可以使人類更深入地了解胚胎發育及衰老過程;
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相應的藥物提供幫助。
(3)其他領域:
北方白犀牛是全球最瀕危的哺乳動物之一,截至2024年,僅剩兩只雌性個體(納金和法圖),且均為不孕老齡,物種已處于功能性滅絕邊緣。為挽救這一物種,科學家嘗試通過體細胞核移植技術(克?。┙Y合基因編輯進行干預。
該技術有望增加瀕危物種的存活數量。
白鰭豚
金絲猴
(4)在保護瀕危物種方面
北方白犀牛
相關資料:
培育克隆羊多莉時,共獲得了277個融合的細胞,早期發育成功的胚胎卻只有29個,移植后成功懷孕的母羊僅有1只,成功率只有0.36%。
培育體細胞克隆猴時,用了127個卵母細胞,獲得109個核移植胚胎,移植給21只代孕母猴,只有6只成功懷孕,最后只誕生了2 只健康的小猴,成功率為1.57%。
多莉在2003年2月15日,因肺部感染而死亡,壽命只有7歲,而普通羊的平均壽命是12歲。
(四)體細胞核移植技術存在的問題
韋爾穆特與克隆羊多莉
克隆羊多莉真身標本
(1)成功率低:
克隆胚胎移植成功率非常低,各個技術環節有待進一步改進。
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;
許多克隆動物表現出遺傳和生理缺陷,如體型過大、異常肥胖、發育困難、臟器缺陷、免疫缺陷等。
(3)理論研究較為滯后:
(2)健康問題:
“多莉”存活不足7年,遠低于平均壽命
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
D
練習與應用
C
A.該技術涉及動物細胞培養、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、
母親及卵母細胞捐獻者的部分基因
2. 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。據圖分析下列敘述錯誤的是( )
二、拓展應用
1.大熊貓是我國的國寶。盡管我國政府采取了許多保護措施,但由于大熊貓的繁殖能力低,幼仔成活率也低,它的數量仍然非常少。有科學家嘗試采用體細胞核移植技術來克隆大熊貓。請你結合本節所學內容并搜集相關資料了解這方面的研究進展。也有人不贊成進行克隆大熊貓的研究,認為保護大熊貓的最好措施就是保護現有大熊貓及其生存環境,對此你有什么看法?
是否贊成克隆大熊貓,回答只要言之有理,就應該予以支持,并且還應該讓他們認識到無論贊成還是反對克隆大熊貓的研究,都應該保護好大熊貓的生存環境,否則即使成功克隆了大熊貓,它們沒有適宜的生存環境,也可能走向滅絕。
2.2003年,世界上第一只用體細胞克隆的哺乳動物—多莉,因患有嚴重的肺部疾病被實施了安樂死。它只活了7歲,而普通綿羊的平均壽命在12歲左右。多莉的死亡引發了關于克隆動物是否早衰的爭論。一些研究者認為,克隆動物的端粒比較短,基因表達不正常,早衰是一種必然現象。另一些研究者則認為,克隆動物的遺傳物質是正常的,目前發現的早衰跡象是在克隆過程中的一些技術問題造成的;或者克隆動物在發育過程中出現了變異,早衰只是偶然現象。請你搜集資料,尋找支持各方觀點的研究證據。你也可以調查克隆動物存在的其他問題,并說明科學家是如何解決這些問題的。
在搜集證據的過程中,要提示他們注意證據的來源及其真實性和可靠性,進一步引導學生認識到雖然目前對克隆動物的早衰問題存在爭論,但這樣的爭論有利于人類進一步了解生命現象,也有利于克隆技術更好地應用于醫療、農牧業等領域。

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