动物体细胞克隆职业教育医学生物技术专业教学课件

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由于体细胞克隆产生的动物不经过雌雄配子结合阶段，因此又被称为无性生殖。1996年世界首例体细胞克隆动物——绵羊“Dolly”的诞生，越来越多科学家纷纷投入到体细胞克隆这一研究领域。体细胞克隆技术不仅仅在保护优良品质及濒危物种中具有潜在的广泛的应用前景，更将在生物医学及动物生殖发育的基础理论研究中发挥巨大的作用。职业教育医学生物技术专业教学资源库2动物克隆技术与遗传育种0301体细胞克隆的相关概念02体细胞克隆的分子机理体细胞克隆的应用前景职业教育医学生物技术专业教学资源库LOREMIPSUMDOLOR01体细胞克隆的相关概念职业教育医学生物技术专业教学资源库

体细胞克隆又称体细胞核移植，是指利用一定的设备和技术手段，将动物的体细胞移入到去核的成熟卵母细胞内，形成一个新的体外重组胚胎，然后再于特定的发育时期将重组胚胎移植到代孕母体的子宫内，完成发育，生产与体细胞供体核遗传上同质后代的过程。职业教育医学生物技术专业教学资源库克隆1.1克隆：克隆是对英文单词“clone”的音译。广义而言，克隆可以理解为复制和拷贝。在DNA水平上，DNA的克隆即是将一段DNA片段通过酶切、连接等DNA重组技术连接到可以在宿主细胞中(通常是大肠杆菌)进行自我复制的载体上，然后通过宿主细胞的繁殖以及载体在宿主细胞中的自我复制获得大量目的DNA片段。职业教育医学生物技术专业教学资源库克隆1.1克隆：在细胞水平上，细胞克隆是由一个细胞在体外的培养液中分裂若干代所形成的一个遗传背景完全相同的细胞集体。在个体水平上，克隆是用一些特殊的设备和技术获得一群遗传背景即基因完全一致的个体。职业教育医学生物技术专业教学资源库核移植1.2

核移植：利用显微操作技术将供体细胞核(含有完整基因组的细胞核)移植到去除细胞核的卵母细胞中并在体外条件下形成重组胚胎的过程。在形成的重组胚胎中，基因组DNA完全来自于供体细胞的细胞核，因为作为受体的卵母细胞的细胞核在操作过程中已被提前去除掉。职业教育医学生物技术专业教学资源库

在一定程度上，核移植等同于克隆。对大多数哺乳动物而言，在实际操作中，为方便操作，通常用整个供体细胞代替供体细胞的细胞核移植到去核的卵母细胞中。因为大多数哺乳动物的细胞核非常小，通常难以操作，而卵母细胞的细胞核除外。职业教育医学生物技术专业教学资源库核供体和核受体1.3核供体：提供完整基因组的细胞，可以是胚胎细胞或不同细胞类型的体细胞。根据核供体细胞的类型，克隆可以分为胚胎细胞克隆和体细胞克隆。核受体：核受体通常指去除细胞核的卵母细胞。根据核供体和核受体是否来自同一物种，克隆又可分为同种克隆和异种克隆。如没有明确指出异种克隆，体细胞克隆通常指同种克隆。职业教育医学生物技术专业教学资源库LOREMIPSUMDOLOR2.体细胞克隆的分子机理职业教育医学生物技术专业教学资源库2.1

供体细胞核重构

细胞核重构是一个DNA重新包装导致染色质的空间结构发生了变化的物理过程，供体细胞核的重构不充分将会影响克隆胚胎整个的后期发育。

衡量细胞核结构重构的方法有很多，包括供体细胞核移植到去核卵母细胞胞质后总体的结构变化、体细胞核膨胀到类似原核的大小以及重新形成紧密的核仁。

在体细胞克隆中，供体细胞核与受体细胞质之间的物质交换是保证供体核重构的条件。职业教育医学生物技术专业教学资源库2.2

卵母细胞的激活

受精是精子与卵母细胞质膜相互作用的一系列过程，精子穿透卵丘层和透明带与卵母细胞质膜发生反应。受精后，卵母细胞质膜启动一个信号使卵母细胞转变成新的二倍体胚胎。这一过程称为卵母细胞激活。卵母细胞激活包括大量形态学和生物学的变化，一些变化发生在精子与卵母细胞质膜反应后的几秒或几分钟内，而另一些变化发生可能要持续几个小时，卵母细胞激活发生的一系列反应是胚胎发育所必需的。职业教育医学生物技术专业教学资源库2.2卵母细胞的激活

大多数哺乳动物的成熟卵母细胞由于促成熟因子(maturationpromotionfactor,MFP)的存在，都停滞于减数分裂Ⅱ期。职业教育医学生物技术专业教学资源库2.2卵母细胞的激活

减数分裂Ⅱ期卵母细胞受精后在精子刺激下发生活化，呈现细胞质内Ca²+浓度升高、MFP活性快速降低、卵母细胞减数分裂恢复、核膜破裂、染色体凝集、细胞骨架重构、细胞形态变化等。Ca²+浓度升高是卵母细胞激活重要的诱导信号。体细胞克隆过程中，卵母细胞的激活是供体核与受体细胞质蛋白交换的先决条件，因此也影响着供体细胞核的结构重构。职业教育医学生物技术专业教学资源库2.3

供体细胞核重编程

在体细胞克隆后，除了供体细胞核与受体卵母细胞胞质的蛋白交换和细胞核重构外，高度分化的供体细胞核还要去分化后进行表观修饰的重编程，以获得发育的全能性。供体细胞核重编程主要包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化和甲基化、X染色体失活、印记基因以及端粒长度等。职业教育医学生物技术专业教学资源库LOREMIPSUMDOLOR3.体细胞克隆的应用前景职业教育医学生物技术专业教学资源库体细胞克隆在畜牧业生产中的应用3.1

畜牧业的发展关系到整个国家人民的生活水平。因此，培育和扩繁品质优良的家畜品种成为畜牧业研究者的共同目标。与传统的杂交育种相比，利用体细胞克隆技术扩繁品质优良的家畜可以节约大量的时间和成本，且能最大限度的保存该优良基因。职业教育医学生物技术专业教学资源库①改善肉奶品质：基因敲除技术结合体细胞克隆技术获得了牛奶中不含β-乳球蛋白的克隆牛，而这样的牛奶就不会引起人们对牛奶的过敏症。职业教育医学生物技术专业教学资源库②提高家畜抗病性：将编码溶葡萄球菌酶的基因转入奶牛基因组中获得转基因克隆牛，其乳腺中表达的溶葡萄球菌酶可以有效预防由葡萄球菌引起的乳腺炎职业教育医学生物技术专业教学资源库③环保型家畜的培育：动物产生的磷污染在农业上是一个很严重的问题。2001年，加拿大某大学的科学家通过基因修改技术，将在大肠杆菌中发现的一种可产生植酸酶的基因与从老鼠身上取出的一种可调控唾液腺产生的酶的启动子进行组合，培育出粪便含磷量减少75%的转基因猪，并将这种猪的商标确定为“环保猪”。这种新型猪的唾液所产生的植酸酶可以有效地消化植物磷，对于环保大有裨益。职业教育医学生物技术专业教学资源库体细胞克隆在动物生物反应器中的应用3.2

动物的乳腺可以分泌大量有功能且比较容易纯化的蛋白。自从转基因克隆技术诞生，人们就开始利用大动物的乳腺作为生物反应器生产大量医用蛋白或药物。从2002年至今，中国农业大学李宁教授课题组先后获得了转有人乳铁蛋白基因、人乳清白蛋白基因、人溶菌酶基因和人岩藻糖基转移酶基因的转基因克隆奶牛。这些在牛奶中表达的人源蛋白具有与天然蛋白相同的生物活性且在医学上具有不同的杀菌保健功能。职业教育医学生物技术专业教学资源库体细胞克隆在异种器官移植和动物疾病模型中的应用3.3

器官移植已经成为器官功能丧失的晚期病人的最佳治疗方法。所谓异种器官移植，就是将动物的器官、组织或细胞导入人体体内进行疾病治疗。基于对伦理道德方面的考虑以及动物的繁殖特点、疾病传染、器官匹配、生理学过程等诸多方面的考虑，家猪成为首选对象。职业教育医学生物技术专业教学资源库体细胞克隆在治疗性克隆中的应用3.4

胚胎干细胞具有诱导分化成所有成年细胞类型的潜能。因此，自从人的胚胎干细胞建系以来，科学家们一直尝试着将胚胎干细胞定向诱导分化为特定类型的细胞、组织或器官，用以替代病人体内受损伤的组织、器官，达到治病救人的目的。体细胞克隆获得成功以后，许多科学家大胆地提出了治疗性克隆(therapeuticcloning)的设想，理论上讲是不存在免疫排斥。职业教育医学生物技术专业教学资源库体细胞克隆在保护濒危物种和珍稀动物中的应用3.5

濒危物种和珍稀动物一般都是由于环境或内在因素影响其繁殖力，从而使个体数量减少，如我国国宝级动物大熊猫、金丝猴、东北虎等。自从体细胞克隆技术建立以来，人们在尝试对家畜进行克隆的同时，也在进行着对这些濒危物种和珍稀动物的保护性克隆研究。职业教育医学生物技术专业教学资源库体细胞克隆在基础研究中的应用3.5

体细胞克隆技术本身涉及细胞生物学、发育生物学、胚胎生物学、遗传学、分子生物学、生物化学等诸多学科的理论问题。利用这一技术为人们进一步研究发育、分化、生长、衰老、肿瘤发生等常见的长期困