2022-2023学年浙科版（2019）选择必修三 3.2 通过细胞核移植克隆动物 课件（30张）

浙科版2019版选择性必修三第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第一节体液调节是通过化学信号实现的调节第二章动物细胞工程第二节神经系统通过下丘脑控制内分泌系统第二节神经系统通过下丘脑控制内分泌系统第二节通过细胞核移植克隆动物知识目标

1.概述利用核移植技术克隆动物的过程和原理2.举例说明动物细胞核移植技术的应用价值核心素养

1.认同核移植技术具有广阔的应用前景。2.客观分析核移植技术存在的问题3.通过核移植的过程学习，认同细胞的结构与功能观

1997年2月23日，首例哺乳动物体细胞克隆羊“多莉”问世。早在20世纪五六十年代，胚胎学家就利用核移植技术培育出了克隆蛙和克隆鱼。什么是核移植技术？核移植如何实现？通过核移植技术克隆出的动物更像谁？细胞核移植的发展(1)1938年，德国胚胎学家斯佩曼提出将胚胎细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中构建新胚胎的设想。(2)1952年，美国的布里格斯和金将两栖类动物豹蛙囊胚细胞的核移植到去核的卵中，使重组细胞发育成能摄食的蝌蚪，这说明早期的胚胎细胞核具有发育的全能性。(3)1962年，我国实验胚胎学主要创始人童第周首次将核移植的技术应用于鱼类.一、将植物体细胞核移入一个去核卵细胞后形成的重组细胞可发育成动物个体动物细胞核移植：将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中，并使其发育成动物个体的过程。利用该技术培育出的动物称为克隆动物。小思考：在供体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？【答案】为使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自供体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞的核遗传物质去掉或将其破坏。

理论上，分化的动物细胞能像植物细胞一样脱分化、再分化成一个动物体吗？

动物细胞实际上表现出全能性的情况如何呢？（一）动物细胞全能性的表现程度：

动物发育过程中，

随着动物细胞分化程度的提高，细胞的发育潜能逐渐变窄，细胞的全能性逐渐降低。（但各种特化的细胞的细胞核基因组仍然完整，理论上具有发育的全能性。）二、通过细胞核移植克隆出的动物与供核体具有相同遗传物质全能细胞：可发育成完整个体，例如：受精卵及其第一次卵裂所得的2个分裂球（子细胞），每个细胞可发育成完整个体形成同卵孪生个体（2-8个细胞时，每个细胞都具有全能性）多能细胞：只具有分化出多种组织细胞的潜能，例如：多能造血干细胞（可分化为红、白细胞、血小板），小鼠囊胚期原始外胚层细胞也是多能细胞，可分化为生殖细胞等多种细胞、组织。单能细胞：有的只能分化为一种细胞，例如：单能造血干细胞无分化能力的细胞：已经分化，不再分化为其他细胞，甚至终生不再分裂，如高度分化的神经细胞。随着胚胎发育的继续，细胞在形态和功能上高度特化，不再具有发育成为完整个体的能力1、低等动物细胞的全能性一般比高等动物容易体现。如：水螅的消化细胞不经过细胞分裂即可转变为上皮细胞、肌肉细胞。注意2、癌细胞仍能逆转为正常细胞。（细胞癌变的机理？）3、无论是分化还是癌变，变化的都是表现型，

基因组成的完整性可以保留。（二）动物难以克隆的根本原因1、细胞内的基因种类：一类基因是维持生存的，任何细胞中都表达（管家基因）另一类基因随着组织器官和发育阶段不同而选择性表达（奢侈）

2、动物难以克隆的根本原因

动物的体细胞均已发生分化，基因组中基因的活动很不完全，不能像受精卵那样发挥细胞的全能性，所以以此为起点进行动物克隆，难度很大。但是动物细胞核却保持高度的全能性。

下面我们就学习利用细胞核全能性的技术--细胞核移植实验体细胞中基因选择性表达。（三）细胞核移植实验：1.蛙的肠上皮细胞核和胚胎细胞核移植去核→核移植→戈登和同事从蛙的肠上皮细胞取核并移植到去核的卵中，其中4%核移植发育成了蝌蚪。童第周等将黑斑蛙成体红细胞核移植到去核未收精的卵中，使重组细胞发育成了正常的蝌蚪。可见，动物成熟的体细胞的细胞核仍然具有脱分化和使其后代细胞再分化实现全能性的能力。童第周等人的实验证明，早期胚胎细胞核具有发育的全能性。低等两栖动物：紫外线破坏处理高等哺乳动物：显微去核针吸出肠上皮细胞核移植：1%~2%的重组细胞形成蝌蚪囊胚细胞核移植：50%的重组细胞形成蝌蚪或可育成蛙胚胎细胞核的移植成功率远高于成体细胞2、哺乳动物细胞核移植实验：（1）存在难度：相对于鱼类和蛙，哺乳动物的卵细胞体积小（人的卵细胞直径约为100微米），核移植要借助精密的显微操作仪和高效率的细胞融合法。同时，哺乳动物核移植得到的胚胎需要在体内发育。

（2）核移植的基本过程：（71）第一步：是将小鼠囊胚细胞的细胞核,移入到一个已经去掉细胞核的受精卵中，形成重组细胞，（核移植）将重组细胞体外培养，发育成早期胚胎（囊胚）（胚胎体外培养）。

第二步：将早期胚胎移植到同步孕（同期发情）的鼠（同种动物）的子宫中（胚胎移植），使其最终发育为动物个体。该个体叫克隆动物，该过程叫动物的克隆繁殖。不过，以哺乳动物成熟的体细胞为核供体的体细胞克隆直到“多莉”的问世才算成功。（3）绵羊“多莉”克隆过程：1、证明了高度分化的细胞经过一定技术处理，也可以回复到类似受精卵时期的功能，表现出全能性；（高度分化的细胞，其细胞核具有全能性）2、证明了在胚胎和个体发育中，细胞质具有调控细胞核（包括异源的细胞核）发育的作用1、重组卵细胞最初分裂时，虽然复制了DNA，但基因的转录并未开始。2、供体核DNA（乳腺细胞的核DNA）开始丢失了源于乳腺细胞的调节蛋白，正是这些调节蛋白最初阻止了核基因的表达。3、经过三次分裂后，原乳腺细胞的调节蛋白便全部被卵细胞的细胞质中的蛋白因子替换了，因此核DNA被重新编排，胚细胞开始表达自己的基因，进而调控胚在代孕母亲子宫中的进一步发育。a.体细胞克隆成功的意义：b、克隆羊成功的分子细胞生物学机理：P72

c.营养限制性培养:

将这些乳腺细胞先保持在含有10%牛血清的培养基中，在与卵细胞融合前，将牛血清的浓度降到0.5%，这种牛血清饥饿处理使乳腺细胞处于细胞周期的G0阶段。由于培养过程中通过降低血清浓度限制了细胞增殖所必需的某些营养，因此教材中将这种培养方式称为营养限制性培养。营养限制性培养的目的是通过减少细胞中基因的表达利于供体细胞核的一系列变化和细胞融合后基因表达的分子开关的启动，提高克隆的成功率。电脉冲处理为了高效率促进细胞融合。G0阶段是细胞停止分裂但仍保持代谢活性的休眠阶段，此时，细胞核内会发生一系列化学变化，导致其中基因启动程序重新编排，有利于细胞融合后卵细胞质中的蛋白因子能够再次启动乳腺细胞核的分子开关，进而对胚的发育进行调控。（1）核移植时，核供体可以是体细胞核也可以是胚胎细胞核，为什么要用卵细胞作为核受体？（2）克隆出来的动物和供核体亲本完全一样吗？为什么1、卵细胞的体积相对大，易操作；营养丰富2、卵细胞中含有促使细胞核表达出全能性所需的物质条件(体细胞质有抑制物质)

不完全一样，其一生物的性状要受核基因、质基因和外界环境的共同影响，其二重组细胞发育为克隆动物的过程中，可能发生基因突变或染色体变异。d、思考：（2）过程去核卵细胞体细胞核细胞核移植重组细胞电脉冲刺激早期胚胎(或重组胚胎）胚胎移植母体子宫（同步孕）妊娠、出生

个体（3）原理动物体细胞核具有全能性归纳动物的克隆繁殖过程：（1）概念：将核移植而成的重组细胞培养成为动物个体的过程卵裂3次动物细胞培养3.克隆技术的应用(P73)应用举例探讨胚胎细胞分化问题童第周等开展的鱼类核移植等研究(细胞核与细胞质的关系)优良种畜的培育和繁殖（拯救濒危动物）我国研究人员在2002年1月，以牛耳壳成纤维细胞成功克隆出高产奶牛和优质肉用黄牛药物生产（治疗性克隆）罗斯林研究所曾培育出一只乳汁中含治疗血友病药物原料的转基因羊（克隆这只羊）异种动物间核移植的可能性1999年，中国科学院动物研究所的陈大元教授等将成年大熊猫的体细胞核移入去核的兔卵中，得到了异种重组细胞发育成的早期胚胎（异种动物间核移植的可能性）小思考：你认为类似于“多莉”的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？1.细胞核移植的原理动物体细胞核移植的原理是细胞核的全能性，而不是动物细胞的全能性。因为动物体细胞的全能性受到限制，不能经培养直接发育成完整个体，所以用体细胞核移植技术能够得到克隆动物，说明动物体细胞的细胞核具有全能性。2.供体和受体的选择(1)供体：一般选用传代10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。关于动物克隆的几个问题：(2)受体：卵细胞。其原因是：①卵细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质。②卵细胞体积大，便于操作，卵细胞内卵黄多，营养物质丰富。

3.克隆动物的遗传特点克隆动物的母本有三个，即体细胞核供体、卵细胞细胞质供体和代孕母体。(1)克隆动物细胞核基因来自于体细胞核供体，因此，克隆动物的性状与体细胞核供体基本相同（包括性别）。(2)克隆动物的细胞质基因来自于卵细胞，因此，克隆动物的性状与卵细胞供体部分相同。(3)代孕母体没有为克隆动物提供遗传物质，因此，克隆动物的性状与代孕母体没有直接关系。

小思考：你认为类似于“多莉”的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？【答案】不是。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来自受体卵母细胞。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。（1）、具有包含物种完整基因组的细胞核的活细胞。(如乳腺上皮细胞)（2）、能有效调控细胞核发育的细胞质物质。（如去核的卵的细胞质）（3）、完成胚胎发育的必要的环境条件。（如诱导核-质重组细胞生长、分化的实验条件和怀胎母体的子宫环境）4.克隆成功的条件（必备的基础）动物细胞培养（细胞群）动物细胞核移植（动物个体）典例现有A和B两个肉牛品种，A品种牛的细胞组成可表示为A细胞核、A细胞质，B品种牛的细胞组成则可表示为B细胞核、B细胞质。(1)如果要获得一头克隆牛，使其细胞由A细胞核和B细胞质组成，则其基本步骤为：从A品种牛体内取出体细胞，进行体外培养，然后再从培养的细胞中取出____________注入B品种牛的________卵母细胞中，经过某种刺激和培养后，形成胚胎，将该胚胎移入代孕母牛的________中，通过培育达到目的。(2)上述过程中运用了动物细胞工程中的哪些技术？__________________________________________(写出2种即可)。细胞核去核子宫

动物体细胞核移植技术和动物细胞培养技术(3)克隆牛的产生说明________________具有全能性。由A、B两品种杂交得到的牛与克隆牛相比，杂交牛细胞核的遗传物质来自______个亲本，细胞质来自______性亲本，克隆牛和杂交牛的遗传物质组成________(填“相同”或“不同”)。(4)请举一例，说明克隆牛培育成功的实际意义：__________________________________________________