3.2+通過(guò)細(xì)胞核移植克隆動(dòng)物（教學(xué)課件）-【知識(shí)精講精研】高二生物課堂（浙科版2019選擇性必修3）

第一節(jié)體液調(diào)節(jié)是通過(guò)化學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)的調(diào)節(jié)第一節(jié)體液調(diào)節(jié)是通過(guò)化學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)的調(diào)節(jié)第二章動(dòng)物細(xì)胞工程第二節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)通過(guò)下丘腦控制內(nèi)分泌系統(tǒng)第二節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)通過(guò)下丘腦控制內(nèi)分泌系統(tǒng)第二節(jié)通過(guò)細(xì)胞核移植克隆動(dòng)物目

錄細(xì)胞核移植的發(fā)展體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在問(wèn)題細(xì)胞核移植的過(guò)程1997年2月23日，全球首例利用體細(xì)胞核移植技術(shù)培育哺乳動(dòng)物克隆羊“多莉”問(wèn)世。2017年11月27日和12月5日,克隆猴“中中”和“華華”先后在上海誕生?？寺『锏恼Q生，標(biāo)志著我國(guó)克隆技術(shù)走在了世界前列。

克隆動(dòng)物涉及的生物技術(shù)：體細(xì)胞核移植技術(shù)、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)、早期胚胎培養(yǎng)技術(shù)、胚胎移植技術(shù)等。其中核心技術(shù)是體細(xì)胞核移植技術(shù)。細(xì)胞核移植的發(fā)展(1)1938年，斯佩曼提出將胚胎細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞中構(gòu)建新胚胎的設(shè)想。(2)1952年，布里格斯和金將豹蛙囊胚細(xì)胞的核移植到去核的卵中，形成重組細(xì)胞，重組細(xì)胞發(fā)育成蝌蚪，胚胎細(xì)胞核具有發(fā)育的全能性。(3)1962年，我國(guó)的童第周首次將核移植的技術(shù)應(yīng)用于魚(yú)類(lèi).一、將植物體細(xì)胞核移入一個(gè)去核卵細(xì)胞后形成的重組細(xì)胞可發(fā)育成動(dòng)物個(gè)體動(dòng)物細(xì)胞核移植：將體細(xì)胞核移入一個(gè)去核的卵母細(xì)胞中，并使其發(fā)育成動(dòng)物個(gè)體的過(guò)程。利用該技術(shù)培育出的動(dòng)物稱(chēng)為克隆動(dòng)物。原理：動(dòng)物細(xì)胞核的全能性（也可以是體細(xì)胞整體移入去核的卵母細(xì)胞，也可以移入去核的受精卵。）思考：1.在供體細(xì)胞的細(xì)胞核移植到受體卵母細(xì)胞之前，為什么必須先去掉受體卵母細(xì)胞的核？

為使核移植的胚胎或動(dòng)物的核遺傳物質(zhì)全部來(lái)自供體細(xì)胞。

2.理論上，分化的動(dòng)物細(xì)胞能像植物細(xì)胞一樣脫分化、再分化成一個(gè)動(dòng)物體嗎？3.動(dòng)物細(xì)胞實(shí)際上表現(xiàn)出全能性的情況如何呢？（一）動(dòng)物細(xì)胞全能性的表現(xiàn)程度：二、通過(guò)細(xì)胞核移植克隆出的動(dòng)物與供核體具有相同遺傳物質(zhì)全能細(xì)胞：可發(fā)育成完整個(gè)體，例如：受精卵及其第一次

卵裂所得的2個(gè)分裂球（子細(xì)胞），每個(gè)細(xì)胞可發(fā)育成完整個(gè)體，形成同卵孿生個(gè)體多能細(xì)胞：只具有分化出多種組織細(xì)胞的潛能，例如：

多能造血干細(xì)胞（可分化為紅、白細(xì)胞、血小板），小鼠囊胚期原始

外胚層細(xì)胞也是多能細(xì)胞，可分化為生殖細(xì)胞等多種細(xì)胞、組織。單能細(xì)胞：有的只能分化為一種細(xì)胞，例如：?jiǎn)文茉煅杉?xì)胞無(wú)分化能力的細(xì)胞：已經(jīng)分化，不再分化為其他細(xì)胞，如高度分化的神經(jīng)細(xì)胞。隨著胚胎發(fā)育的繼續(xù)，細(xì)胞在形態(tài)和功能上高度特化，不再具有發(fā)育成為完整個(gè)體的能力

動(dòng)物發(fā)育過(guò)程中，

隨著動(dòng)物細(xì)胞分化程度的提高，全能性逐漸降低。

（細(xì)胞核基因組仍然完整，理論上具有發(fā)育的全能性。）腸上皮細(xì)胞核移植：1%~2%的重組細(xì)胞形成蝌蚪囊胚細(xì)胞核移植：50%的重組細(xì)胞形成蝌蚪或可育成蛙胚胎細(xì)胞核的移植成功率遠(yuǎn)高于成體細(xì)胞（后者分化程度高，細(xì)胞的全能性逐漸降低）（二）細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)：1.蛙的腸上皮細(xì)胞核和胚胎細(xì)胞核移植去核常用方法：1.低等兩棲動(dòng)物：紫外線(xiàn)破壞處理2.高等哺乳動(dòng)物：顯微去核針吸出（顯微操作法）動(dòng)物核移植技術(shù)分類(lèi)種類(lèi)難易程度原因胚胎細(xì)胞核移植相對(duì)容易分化程度低，全能性容易表現(xiàn)體細(xì)胞核移植十分困難分化程度高，全能性難表現(xiàn)不同的動(dòng)物細(xì)胞，全能性的表現(xiàn)程度相同嗎？

低等動(dòng)物細(xì)胞的全能性一般比高等動(dòng)物容易體現(xiàn)。如：水螅的消化細(xì)胞不經(jīng)過(guò)細(xì)胞分裂即可轉(zhuǎn)變?yōu)樯掀ぜ?xì)胞、肌肉細(xì)胞。2、哺乳動(dòng)物細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)：（1）存在難度：①卵細(xì)胞體積小

②要借助精密的顯微操作儀和高效率的細(xì)胞融合法

③胚胎需要在體內(nèi)發(fā)育（胚胎移植）。

（2）核移植的基本過(guò)程：（囊胚細(xì)胞的細(xì)胞核移植）（71）第一步：是將小鼠囊胚細(xì)胞的細(xì)胞核,移入到一個(gè)已經(jīng)去掉細(xì)胞核的受精卵中，形成重組細(xì)胞（核移植）；將重組細(xì)胞體外培養(yǎng)，發(fā)育成早期胚胎（囊胚）（胚胎體外培養(yǎng)）。

第二步：將早期胚胎移植到同步孕（同期發(fā)情）的鼠（同種動(dòng)物）的子宮中（胚胎移植），使其最終發(fā)育為動(dòng)物個(gè)體。該個(gè)體叫克隆動(dòng)物，該過(guò)程叫動(dòng)物的克隆繁殖。不過(guò)，以哺乳動(dòng)物成熟的體細(xì)胞為核供體的體細(xì)胞克隆直到“多莉”的問(wèn)世才算成功。（3）綿羊“多莉”克隆過(guò)程：

a.營(yíng)養(yǎng)限制性培養(yǎng):

將這些乳腺細(xì)胞先保持在含有10%牛血清的培養(yǎng)基中，在與卵細(xì)胞融合前，將牛血清的濃度降到0.5%，這種牛血清饑餓處理使乳腺細(xì)胞處于細(xì)胞周期的G0階段。由于培養(yǎng)過(guò)程中通過(guò)降低血清濃度限制了細(xì)胞增殖所必需的某些營(yíng)養(yǎng)，稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)限制性培養(yǎng)。

營(yíng)養(yǎng)限制性培養(yǎng)的目的是通過(guò)減少細(xì)胞中基因的表達(dá)利于供體細(xì)胞核的一系列變化和細(xì)胞融合后基因表達(dá)的分子開(kāi)關(guān)的啟動(dòng)，提高克隆的成功率。G0階段是細(xì)胞停止分裂但仍保持代謝活性的休眠階段，此時(shí)，細(xì)胞核內(nèi)會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)變化，導(dǎo)致其中基因啟動(dòng)程序重新編排，有利于細(xì)胞融合后卵細(xì)胞質(zhì)中的蛋白因子能夠再次啟動(dòng)乳腺細(xì)胞核的分子開(kāi)關(guān)，進(jìn)而對(duì)胚的發(fā)育進(jìn)行調(diào)控。1、重組卵細(xì)胞最初分裂時(shí)，雖然復(fù)制了DNA，但基因的轉(zhuǎn)錄并未開(kāi)始。2、供體核DNA（乳腺細(xì)胞的核DNA）開(kāi)始丟失了源于乳腺細(xì)胞的調(diào)節(jié)蛋白，正是這些調(diào)節(jié)蛋白最初阻止了核基因的表達(dá)。3、經(jīng)過(guò)三次分裂后，原乳腺細(xì)胞的調(diào)節(jié)蛋白便全部被卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的蛋白因子替換了，因此核DNA被重新編排，胚細(xì)胞開(kāi)始表達(dá)自己的基因，進(jìn)而調(diào)控胚在代孕母親子宮中的進(jìn)一步發(fā)育。b.克隆羊成功的分子細(xì)胞生物學(xué)機(jī)理：1、證明了高度分化的細(xì)胞經(jīng)過(guò)一定技術(shù)處理，也可以回復(fù)到類(lèi)似受精卵時(shí)期的功能，表現(xiàn)出全能性；（高度分化的細(xì)胞，其細(xì)胞核具有全能性）2、證明了在胚胎和個(gè)體發(fā)育中，細(xì)胞質(zhì)具有調(diào)控細(xì)胞核（包括異源的細(xì)胞核）發(fā)育的作用c.體細(xì)胞克隆成功的意義：1.細(xì)胞核移植的原理動(dòng)物體細(xì)胞核移植的原理是細(xì)胞核的全能性，而不是動(dòng)物細(xì)胞的全能性。2.供體和受體的選擇(1)供體：提供細(xì)胞核的細(xì)胞，一般選用傳代10代以?xún)?nèi)的細(xì)胞，因?yàn)?0代以?xún)?nèi)的細(xì)胞一般能保持正常的二倍體核型，保證了供體細(xì)胞正常的遺傳基礎(chǔ)。d.關(guān)于動(dòng)物克隆的幾個(gè)問(wèn)題：(2)受體：卵細(xì)胞或受精卵。其原因是：①卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)存在激發(fā)細(xì)胞核全能性表達(dá)的物質(zhì)。(體細(xì)胞質(zhì)有抑制細(xì)胞核全能性表達(dá)的物質(zhì))②卵細(xì)胞體積大，便于操作，卵細(xì)胞內(nèi)卵黃多，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富。

3.克隆動(dòng)物的遺傳特點(diǎn)克隆動(dòng)物的母本有三個(gè)，即體細(xì)胞核供體、卵細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)供體和代孕母體。(1)克隆動(dòng)物細(xì)胞核基因來(lái)自于體細(xì)胞核供體，因此，克隆動(dòng)物的性狀與體細(xì)胞核供體基本相同（包括性別）。(2)克隆動(dòng)物的細(xì)胞質(zhì)基因來(lái)自于卵細(xì)胞，因此，克隆動(dòng)物的性狀與卵細(xì)胞供體部分相同。(3)代孕母體沒(méi)有為克隆動(dòng)物提供遺傳物質(zhì)，因此，克隆動(dòng)物的性狀與代孕母體沒(méi)有直接關(guān)系。

（1）具有包含物種完整基因組的細(xì)胞核的活細(xì)胞。(如乳腺上皮細(xì)胞)（2）能有效調(diào)控細(xì)胞核發(fā)育的細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)。（如去核的卵的細(xì)胞質(zhì)）（3）完成胚胎發(fā)育的必要的環(huán)境條件。（如誘導(dǎo)核-質(zhì)重組細(xì)胞生長(zhǎng)、分化的實(shí)驗(yàn)條件和懷胎母體的子宮環(huán)境）4.克隆成功的條件（必備的基礎(chǔ)）（2）過(guò)程去核卵細(xì)胞體細(xì)胞核細(xì)胞核移植重組細(xì)胞電脈沖刺激早期胚胎(或重組胚胎）胚胎移植母體子宮（同步孕）妊娠、出生

個(gè)體（3）原理動(dòng)物體細(xì)胞核具有全能性歸納動(dòng)物的克隆繁殖過(guò)程：（1）概念：將核移植而成的重組細(xì)胞培養(yǎng)成為動(dòng)物個(gè)體的過(guò)程卵裂3次動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)體細(xì)胞核移植技術(shù)、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)，早期胚胎培養(yǎng)技術(shù)、胚胎移植技術(shù)等。其中核心技術(shù)是體細(xì)胞核移植技術(shù)。

首先用高分子化學(xué)材料——聚羥基乙酸制成所需人體器官的形狀，然后植入人的細(xì)胞（這只展出的老鼠身上植入的是它自己的細(xì)胞），縫合在裸鼠背上。經(jīng)過(guò)細(xì)胞快速生長(zhǎng)，人造模子會(huì)自己降解消失，器官與老鼠成為一體，最后可移植到人體上。這種全身無(wú)毛的老鼠叫裸鼠，沒(méi)有免疫力，這樣才不會(huì)對(duì)那只“人耳”產(chǎn)生排異反應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)能應(yīng)用于人體組織、器官的再造。這項(xiàng)科研技術(shù)成熟后，人身上缺少或損壞的組織器官都可以修補(bǔ)上。一只在背上長(zhǎng)出了“人耳”的活老鼠。1.應(yīng)用前景器官移植三、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在問(wèn)題（1）畜牧業(yè)領(lǐng)域：高產(chǎn)奶牛三、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在問(wèn)題1.應(yīng)用前景（2）繁殖優(yōu)良、瀕危動(dòng)物種間克隆白肢野牛伊利擠奶站的奶?？寺?dòng)物作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)大量醫(yī)用蛋白克隆動(dòng)物（也經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)基因操作）的細(xì)胞、組織、器官可作為異種移植的供體乳汁中分泌人抗胰蛋白酶的轉(zhuǎn)基因羊（3）醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域：---與基因工程的綜合應(yīng)用三、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在問(wèn)題2.存在問(wèn)題該技術(shù)的成功率仍然非常低，各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)也有待進(jìn)一步改進(jìn)。

(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)絕大多數(shù)克隆動(dòng)物存在健康問(wèn)題，許多克隆動(dòng)物表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷，如體型過(guò)大、異常肥胖、發(fā)育困難、臟器缺陷和免疫失調(diào)等。(1)原理：動(dòng)物細(xì)胞核的全能性。(2)供體：有重要利用價(jià)值的動(dòng)物的體細(xì)胞。(3)受體：MⅡ期卵母細(xì)胞①選擇原因：a.體積大，易操作；b.MⅡ期卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中含有激發(fā)細(xì)胞核全能性表達(dá)的物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)條件。②去核原因：保證克隆動(dòng)物的核基因全部來(lái)自供體細(xì)胞。③去核方法：常用顯微操作去核；也可采用梯度離心、紫外線(xiàn)短時(shí)間照射和化學(xué)物質(zhì)處理等方法去核或使其中的DNA變性。(4)克隆動(dòng)物遺傳物質(zhì)來(lái)源①