第2章细胞工程 第2节动物细胞工程 三动物体细胞核移植技术和克隆动物 2024-7-13
第2节 动物细胞工程 三 动物体细胞核移植技术和克隆动物 第2章 细胞工程 2024-7-13
“(悟空)拔一把毫毛，丢在口中 嚼碎，望空喷去，叫一声‘变！’，即 变作三二百个小猴，周围攒簇。”这是 《西游记》中的一段描述，展示了中华 先贤的想象力。毫毛来自体细胞，我们 能用体细胞“变”出猴来吗？ 2017年，我国科学家通过动物细胞 核移植技术首次培育了体细胞克隆猴。 2024-7-13
2024-7-13 “（悟空）拔一把毫毛，丢在口中 嚼碎，望空喷去，叫一声‘变！’ ，即 变作三二百个小猴，周围攒簇。 ”这是 《西游记》中的一段描述，展示了中华 先贤的想象力。毫毛来自体细胞，我们 能用体细胞“变”出猴来吗？ 2017年，我国科学家通过动物细胞 核移植技术首次培育了体细胞克隆猴
一、动物体细胞核移植技术和克隆动物 1.概念：将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使 这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技 术。用动物体细胞核移植技术得到的动物称为克隆动物。 2.原理：动物细胞核的全能性。 3.类型：（1)胚胎细胞核移植：胚 胎细胞分化程度低，表现全能性相对 容易。（2)体细胞核移植：体细胞 分化程度高，表现全能性十分困难。 因此动物体细胞核移植的难度明显高 于胚胎细胞核移植。 我国自主培育的体细胞克隆牛 2024-7-13
2024-7-13 一、动物体细胞核移植技术和克隆动物 1.概念：将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使 这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技 术。用动物体细胞核移植技术得到的动物称为克隆动物。 2.原理：动物细胞核的全能性。 3.类型：（1）胚胎细胞核移植：胚 胎细胞分化程度低，表现全能性相对 容易。（2）体细胞核移植：体细胞 分化程度高，表现全能性十分困难。 因此动物体细胞核移植的难度明显高 于胚胎细胞核移植。 我国自主培育的体细胞克隆牛
4.非人灵长类动物体细胞核移植的困 B母猴 A母猴 难原因：（1)供体细胞的细胞核在 卵母细胞成纤维细胞 去核卵母细胞中不能完全恢复其分化 前的功能状态，这导致了胚胎发育率 低。(2)对非人灵长类动物胚胎进 细胞质 细胞核 行操作的技术尚不完善。 重组细胞 注意：克隆动物属于无性繁殖，遗传 发育 物质主要来自于A,一小部分来自于B, 早期胚胎 与C无关。证明了动物细胞核具有全 ↓ 能性，卵母细胞的细胞质有助于体细 C母猴子宫 妊娠分娩 胞核的全能性表达。 “中中”“华华” 2024-7-13
2024-7-13 卵母细胞 C母猴子宫 B母猴 A母猴 成纤维细胞 细胞质 细胞核 早期胚胎 “中中”“华华” 分娩 发育 重组细胞 妊娠 4.非人灵长类动物体细胞核移植的困 难原因：（1）供体细胞的细胞核在 去核卵母细胞中不能完全恢复其分化 前的功能状态，这导致了胚胎发育率 低。（2）对非人灵长类动物胚胎进 行操作的技术尚不完善。 注意：克隆动物属于无性繁殖，遗传 物质主要来自于A，一小部分来自于B， 与C无关。证明了动物细胞核具有全 能性，卵母细胞的细胞质有助于体细 胞核的全能性表达
二、体细胞核移植的过程 采集牛卵巢中的卵母细胞， 高产奶牛 在体外培养到MⅡ期 (供体) 动物 从供体身体某一 从快体离产奶牛鼻体的 通过显微 细胞 体路，法行培养 操作去核 部位上取体细胞 培养 去核的卵母细胞 供体细胞培养 将供体细胞注入去核的卵母细胞 通过电融合法使两细胞融 动物 动物细胞核移植 合，供体核进入卵母细胞 细胞 融合 重构胚 德然细胸注入去板的 早期胚 用物理或化学方法激活重构胚， 胎培养 使其完成细胞分裂和发育过程 早期胚胎 胚胎移植 将胚胎移入受体 (代孕)母牛体内 出与体奶件透传 2024-7-13 圆蒸本相同的接件 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
重构胚 早期胚胎 将胚胎移入受体 （代孕）母牛体内 采集牛卵巢中的卵母细胞， 在体外培养到MⅡ期 去核的卵母细胞 供体细胞培养 高产奶牛 （供体） 2024-7-13 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 二、体细胞核移植的过程 通过显微 操作去核 从供体身体某一 部位上取体细胞 将供体细胞注入去核的卵母细胞 通过电融合法使两细胞融 合，供体核进入卵母细胞 用物理或化学方法激活重构胚， 使其完成细胞分裂和发育过程 动物细胞核移植 动物细胞培养动物细胞融合 早期胚 胎培养 胚胎移植
相关要点 1.采集的卵母细胞应培养至MⅡ中期（减数分裂Ⅱ中期） 。 2.选择MⅡ中期卵母细胞的原因：卵母细胞体积大，易操作，含有促使 细胞核表达全能性的物质和营养条件。 3.卵母细胞去核：方法为显微操作（去核）法。通常是显微操作去除 纺锤体-染色体复合物。也可以采用梯度离心、紫外线短时间照射和化 学物质处理等方法在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中 的DNA变性。 4.将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因：保证供核不被破坏， 操作也更方便。 5.诱导细胞融合的方法：电融合法，形成重构胚。 6.激活重构胚的方法：物理（电刺激)或化学(C2+载体、乙醇和蛋白 酶合成抑制剂等)方法。 7.克隆动物的培养并非全在体外，还需在代孕个体子宫内孕育
2024-7-13 1.采集的卵母细胞应培养至MⅡ中期（减数分裂Ⅱ中期）。 2.选择MⅡ中期卵母细胞的原因：卵母细胞体积大，易操作，含有促使 细胞核表达全能性的物质和营养条件。 3.卵母细胞去核：方法为显微操作（去核）法。通常是显微操作去除 纺锤体-染色体复合物。也可以采用梯度离心、紫外线短时间照射和化 学物质处理等方法在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中 的DNA变性。 4.将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因：保证供核不被破坏， 操作也更方便。 5.诱导细胞融合的方法：电融合法，形成重构胚。 6.激活重构胚的方法：物理（电刺激）或化学（Ca 2+载体、乙醇和蛋白 酶合成抑制剂等）方法。 7.克隆动物的培养并非全在体外，还需在代孕个体子宫内孕育。 相关要点
思考·讨论·有关体细胞核移植的问题 1.在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对卵母细胞进 行去核操作？ 为了使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价 值的动物提供的体细胞。 2.你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞供体 动物进行了100%的复制吗？为什么？ 克隆动物绝大部分DNA来自体细胞供体（核供体）动物的细胞核， 但其细胞核外的DNA即线粒体中的DNA同时来自核供体细胞和受体卵母 细胞。所以，用教材中所述的方法克隆动物不是对核供体动物进行完 全相同的复制。此外，即便动物的遗传基础完全相同，但由于动物的 发育及一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，克隆动物所生 活的环境与核供体动物生活的环境不会完全相同，所以从这一角度看， 克隆动物也不是对核供体动物进行100%的复制
2024-7-13 思考·讨论·有关体细胞核移植的问题 1.在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对卵母细胞进 行去核操作？ 2.你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞供体 动物进行了100%的复制吗？为什么？ 为了使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价 值的动物提供的体细胞。 克隆动物绝大部分DNA来自体细胞供体 (核供体)动物的细胞核， 但其细胞核外的DNA即线粒体中的DNA同时来自核供体细胞和受体卵母 细胞。所以，用教材中所述的方法克隆动物不是对核供体动物进行完 全相同的复制。此外，即便动物的遗传基础完全相同，但由于动物的 发育及一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，克隆动物所生 活的环境与核供体动物生活的环境不会完全相同，所以从这一角度看， 克隆动物也不是对核供体动物进行100%的复制
思考·讨论·有关体细胞核移植的问题 3.体细胞核移植技术与诱导P$细胞相比，有什么相似或不同之处？请 你预测它们应用前景的差异。 利用体细胞核移植技术和诱导iP$细胞都能生成干细胞，但它们的 过程是完全不同的。通过体细胞核移植技术可以生成带有核供体细胞 遗传物质的胚胎干细胞；诱导iPS细胞需要在细胞中表达几个关键基因， 将细胞逆转到类似胚胎干细胞的状态。体细胞核移植技术对核供体细 胞有较高要求，一般情况下体细胞的分化程度越高，它重编程为干细 胞的成功率就越低；可诱导成为PS细胞的细胞来源相对广些，研究表 明成纤维细胞、B淋巴细胞、脂肪干细胞等都可以诱导成为PS细胞。 体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作；诱 导PS细胞的技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践。目前科学 家还在研究由这两种技术生成的干细胞在基因表达、DNA甲基化等方面 的差异，这些研究成果也将直接影响它们今后的应用
2024-7-13 思考·讨论·有关体细胞核移植的问题 3.体细胞核移植技术与诱导iPS细胞相比，有什么相似或不同之处？请 你预测它们应用前景的差异。 利用体细胞核移植技术和诱导iPS细胞都能生成干细胞，但它们的 过程是完全不同的。通过体细胞核移植技术可以生成带有核供体细胞 遗传物质的胚胎干细胞；诱导iPS细胞需要在细胞中表达几个关键基因， 将细胞逆转到类似胚胎干细胞的状态。体细胞核移植技术对核供体细 胞有较高要求，一般情况下体细胞的分化程度越高，它重编程为干细 胞的成功率就越低；可诱导成为iPS细胞的细胞来源相对广些，研究表 明成纤维细胞、B淋巴细胞、脂肪干细胞等都可以诱导成为iPS细胞。 体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作；诱 导iPS细胞的技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践。目前科学 家还在研究由这两种技术生成的干细胞在基因表达、DNA甲基化等方面 的差异，这些研究成果也将直接影响它们今后的应用
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1.应用前景： (1)畜牧生产：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。 (2)医药卫生：转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产 许多珍贵的医用蛋白。 (3)治疗人类疾病：①转基因克隆动物的细胞、组织或器官 可以作为异种移植的供体；②以患者作为供体培育的人核移植 胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官， 将它们移植给患者时可以避免免疫排斥反应。 (4)科研：①研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育 及衰老过程；②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们 2024-7-13
2024-7-13 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1.应用前景： （1）畜牧生产：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。 （2）医药卫生：转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产 许多珍贵的医用蛋白。 （3）治疗人类疾病：①转基因克隆动物的细胞、组织或器官 可以作为异种移植的供体；②以患者作为供体培育的人核移植 胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官， 将它们移植给患者时可以避免免疫排斥反应。 （4）科研：①研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育 及衰老过程；②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们
之间的对比来分析致病基因；③克隆特定疾病模型的动物，还 能为研究该疾病机制和开发相应的药物提供帮助。 (5)保护濒危动物：有望增加濒危物种的存活数量。 2.存在的问题： (1)该技术的成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。 (2)相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后，需要与 发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论 研究相结合。 (3)绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺 陷，如体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调 等。 2024-7-13
2024-7-13 之间的对比来分析致病基因；③克隆特定疾病模型的动物，还 能为研究该疾病机制和开发相应的药物提供帮助。 （5）保护濒危动物：有望增加濒危物种的存活数量。 2.存在的问题： （1）该技术的成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。 （2）相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后，需要与 发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论 研究相结合。 （3）绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺 陷，如体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调 等