動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物【知識精講+備課精研+高效課堂】 高二生物 （人教版2019選擇性必修3）

第二章細(xì)胞工程第2節(jié)動物細(xì)胞工程三動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)闡明動物細(xì)胞核移植一般是將體細(xì)胞核移入一個去核的卵母細(xì)胞中，并使重組細(xì)胞發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動物個體的過程。1.科學(xué)思維：以文字和圖示表述體細(xì)胞核移植的過程。2．社會責(zé)任：說明體細(xì)胞核移植的應(yīng)用及存在的問題。

“（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?！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(xì)胞，我們能用體細(xì)胞“變”出猴來嗎？

2017年11月27日，世界上首個體細(xì)胞克隆猴“中中”在中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所（上海）、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心的非人靈長類平臺誕生（蘇州）；12月5日第二個克隆猴“華華”誕生。四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物1、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)概念：

將動物的一個細(xì)胞的細(xì)胞核，移入去核的卵母細(xì)胞中，使這個重新組合的細(xì)胞發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動物個體的技術(shù)。用核移植的方法得到的動物稱為克隆動物。2、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)種類：胚胎細(xì)胞核移植：體細(xì)胞核移植：細(xì)胞分化程度低，恢復(fù)全能性容易。細(xì)胞分化程度高，恢復(fù)全能性十分困難。我國科學(xué)家經(jīng)過多年努力，攻克了這些障礙，終于成功獲得了體細(xì)胞克隆猴3、非人靈長類動物體細(xì)胞核移植的困難原因：（1）供體細(xì)胞的細(xì)胞核在去核卵母細(xì)胞中不能完全恢復(fù)其分化前的功能狀態(tài)，這導(dǎo)致了胚胎發(fā)育率低。（2）對非人靈長類動物胚胎進行操作的技術(shù)尚不完善。四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物卵母細(xì)胞C母猴子宮B母猴A母猴成纖維細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核早期胚胎“中中”“華華”分娩發(fā)育重組細(xì)胞妊娠注意：克隆動物屬于無性繁殖，遺傳物質(zhì)主要來自于A，一小部分來自于B，與C無關(guān)。證明了動物細(xì)胞核具有全能性，卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)有助于體細(xì)胞核的全能性表達。四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物卵母細(xì)胞C母猴子宮B母猴A母猴成纖維細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核早期胚胎“中中”“華華”分娩發(fā)育重組細(xì)胞妊娠注意：選用卵母細(xì)胞作受體細(xì)胞是因為卵母細(xì)胞體積大，易操作，含有促使細(xì)胞核表達全能性的物質(zhì)和營養(yǎng)。四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物

“多莉”是世界上第一例經(jīng)體細(xì)胞核移植出生的動物。這一巨大進展證明了分化了的動物細(xì)胞核具有全能性．細(xì)胞核移植早期胚胎卵裂……胚胎移植C母綿羊子宮多莉羊分娩妊娠Ｂ母綿羊乳腺細(xì)胞細(xì)胞核卵細(xì)胞Ａ母綿羊細(xì)胞質(zhì)融合后的卵細(xì)胞四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物卵母細(xì)胞C母猴子宮B母猴A母猴成纖維細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核早期胚胎“中中”“華華”分娩發(fā)育重組細(xì)胞妊娠四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物注意：動物細(xì)胞核移植技術(shù)的原理是動物細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性，而不是動物細(xì)胞具有全能性。因為動物細(xì)胞的全能性會隨著，動物細(xì)胞分化程度的提高而逐漸受到限制分化潛能逐漸變?nèi)酰荒芙?jīng)培養(yǎng)直接發(fā)育成完整的動物個體。用動物細(xì)胞核移植技術(shù)能夠得到克隆動物，說明動物細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性。2022年中國自主培育的體細(xì)胞克隆牛如何做的？重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的卵母細(xì)胞供體細(xì)胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛4、體細(xì)胞核移植的過程（以體細(xì)胞克隆牛為例）通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細(xì)胞將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞通過電融合法使兩細(xì)胞融合，供體核進入卵母細(xì)胞用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育過程動物細(xì)胞核移植動物細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的卵母細(xì)胞供體細(xì)胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛4、體細(xì)胞核移植的過程（以體細(xì)胞克隆牛為例）通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細(xì)胞將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞通過電融合法使兩細(xì)胞融合，供體核進入卵母細(xì)胞用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育過程動物細(xì)胞核移植動物細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物（1）選擇MⅡ期卵母細(xì)胞的原因①含有促進細(xì)胞核表現(xiàn)全能性的物質(zhì)和營養(yǎng)條件。②細(xì)胞體積大，易于操作。重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的卵母細(xì)胞供體細(xì)胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛4、體細(xì)胞核移植的過程（以體細(xì)胞克隆牛為例）通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細(xì)胞將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞通過電融合法使兩細(xì)胞融合，供體核進入卵母細(xì)胞用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育過程動物細(xì)胞核移植動物細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物（2）卵母細(xì)胞去核方法：顯微操作（去核）法。通常是顯微操作去除紡錘體-染色體復(fù)合物。也可以采用梯度離心、紫外線短時間照射和化學(xué)物質(zhì)處理等方法在沒有穿透卵母細(xì)胞透明帶的情況下去核或使其中的DNA變性。重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的卵母細(xì)胞供體細(xì)胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛4、體細(xì)胞核移植的過程（以體細(xì)胞克隆牛為例）通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細(xì)胞將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞通過電融合法使兩細(xì)胞融合，供體核進入卵母細(xì)胞用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育過程動物細(xì)胞核移植動物細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物（3）“去核”去的是什么？去除的為紡錘體-染色體復(fù)合物。*去核時，由于MⅡ期卵母細(xì)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。（4）去核的原因：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。重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的卵母細(xì)胞供體細(xì)胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛4、體細(xì)胞核移植的過程（以體細(xì)胞克隆牛為例）通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細(xì)胞將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞通過電融合法使兩細(xì)胞融合，供體核進入卵母細(xì)胞用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育過程動物細(xì)胞核移植動物細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物（5）供體細(xì)胞注入卵母細(xì)胞的優(yōu)點：對卵母細(xì)胞損傷較小，保證供核不被破壞，操作也更方便。*直接將供體細(xì)胞注入去核卵母細(xì)胞的透明帶內(nèi)。重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的卵母細(xì)胞供體細(xì)胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛4、體細(xì)胞核移植的過程（以體細(xì)胞克隆牛為例）通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細(xì)胞將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞通過電融合法使兩細(xì)胞融合，供體核進入卵母細(xì)胞用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育過程動物細(xì)胞核移植動物細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物（6）重構(gòu)胚概念：人工重新構(gòu)建的胚胎，具有發(fā)育成完整個體的能力。（7）激活重構(gòu)胚的方法:①物理方法:電刺激②化學(xué)方法:Ca2+載體、乙醇和蛋白酶合成抑制(8)以上方法處理重構(gòu)胚的目的激活重構(gòu)胚，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育過程。重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的卵母細(xì)胞供體細(xì)胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛4、體細(xì)胞核移植的過程（以體細(xì)胞克隆牛為例）通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細(xì)胞將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞通過電融合法使兩細(xì)胞融合，供體核進入卵母細(xì)胞用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育過程動物細(xì)胞核移植動物細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物（9）實驗結(jié)論：證明了動物已分化的體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性。（10）克隆動物的培養(yǎng)

并非全在體外，還需在代孕個體子宮內(nèi)孕育。思考·討論·有關(guān)體細(xì)胞核移植的問題1.你認(rèn)為用上述體細(xì)胞核移植技術(shù)培育的克隆動物，是對體細(xì)胞供體動物進行了100%的復(fù)制嗎？為什么？

（1）克隆動物絕大部分DNA來自供體動物的細(xì)胞核，但線粒體中的DNA

（細(xì)胞質(zhì)中的DNA）同時來自供體細(xì)胞和受體卵母細(xì)胞。（2）性狀是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果，克隆動物所處的環(huán)境與核供體

細(xì)胞生活的環(huán)境不會完全相同。（3）克隆動物在個體發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突

變、染色體變異等可遺傳變異。2.體細(xì)胞核移植技術(shù)與誘導(dǎo)iPS細(xì)胞相比，有什么相似或不同之處？請你預(yù)測它們應(yīng)用前景的差異。

相似之處：二者都是對體細(xì)胞進行操作，且都需要結(jié)合動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)才能實現(xiàn)，體細(xì)胞核移植技術(shù)獲得的重構(gòu)胚和iPS細(xì)胞都具有發(fā)育的全能性，誘導(dǎo)分化形成的細(xì)胞、組織、器官移植給患者時都可以避免免疫排斥反應(yīng)。不同之處:利用體細(xì)胞核移植技術(shù)和誘導(dǎo)iPS細(xì)胞都能生成干細(xì)胞，但它們的過程是完全不同的。通過體細(xì)胞核移植技術(shù)可以生成帶有核供體細(xì)胞遺傳物質(zhì)的胚胎干細(xì)胞；誘導(dǎo)iPS細(xì)胞需要在細(xì)胞中表達幾個關(guān)鍵基因，將細(xì)胞逆轉(zhuǎn)到類似胚胎干細(xì)胞的狀態(tài)。體細(xì)胞核移植技術(shù)對核供體細(xì)胞有較高要求，一般情況下體細(xì)胞的分化程度越高，它重編程為干細(xì)胞的成功率就越低；可誘導(dǎo)成為iPS細(xì)胞的細(xì)胞來源相對廣些，研究表明成纖維細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞等都可以誘導(dǎo)成為iPS細(xì)胞。體細(xì)胞核移植技術(shù)涉及采集卵母細(xì)胞、去核、融合等復(fù)雜的操作；誘導(dǎo)iPS細(xì)胞需要借助載體將特定基因?qū)爰?xì)胞，誘導(dǎo)iPS細(xì)胞的技術(shù)流程相對簡單，可能更適合用于生產(chǎn)實踐。體細(xì)胞核移植技術(shù)主要應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)獲得克隆動物、醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域治療人類疾??；誘導(dǎo)iPS細(xì)胞除用于治療人類疾病外，也可用于體細(xì)胞編程機理、細(xì)胞再生機理等的研究。目前科學(xué)家還在研究由這兩種技術(shù)生成的干細(xì)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(yīng)用。思考·討論·有關(guān)體細(xì)胞核移植的問題（1）應(yīng)用前景：加速家畜遺傳改良進程、促進改良畜群繁育5、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物畜牧生產(chǎn)：加速家畜遺傳改良進程，促進優(yōu)良畜群繁育。醫(yī)藥衛(wèi)生：通過建立轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞系，再利用體細(xì)胞核移植技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因克隆動物可以作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)許多珍貴的醫(yī)用蛋白。乳汁中分泌人抗胰蛋白酶的轉(zhuǎn)基因羊（1）應(yīng)用前景：5、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物治療人類疾?。孩俎D(zhuǎn)基因克隆動物的細(xì)胞、組織或器官可以作為異種移植的供體；（1）應(yīng)用前景：5、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物②以患者作為供體培育的人核移植胚胎干細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)分化能形成相應(yīng)的細(xì)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(yīng)?？蒲校孩傺芯靠寺游锟墒谷祟惛钊氲亓私馀咛グl(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(yīng)的藥物提供幫助。持續(xù)組蛋白甲基化阻礙體細(xì)胞核移植后的胚胎發(fā)育異?；虮磉_（1）應(yīng)用前景：5、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物保護瀕危動物：有望增加瀕危物種的存活數(shù)量。種間克隆白肢野牛黑足雪貂基因（1）應(yīng)用前景：5、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題四、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物①成功率非常低，各個技術(shù)環(huán)節(jié)也有待進一步改進；②核移植的理論研究較為滯后，需要與發(fā)育生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等學(xué)科更深層次的理論研究相結(jié)合；③一些研究者指出，絕大多數(shù)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、臟器缺陷和免疫失調(diào)等。（2）存在的問題：5、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題