第2章

細(xì)胞工程動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)與克隆動(dòng)物“（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(gè)小猴，周圍攢簇（cù）。”這是《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”出一群猴嗎？2017年，我國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)將這一幕變成了現(xiàn)實(shí)，他們利用體細(xì)胞核移植技術(shù)成功克隆出兩只獼猴“中中”和“華華”。核移植卵細(xì)胞去核胚胎細(xì)胞取核核移植胚胎細(xì)胞取核卵細(xì)胞去核核移植技術(shù)結(jié)論：細(xì)胞核控制美西螈的膚色1.概念：將動(dòng)物的一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核，移入去核的卵母細(xì)胞中，使這個(gè)重新組合的細(xì)胞發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動(dòng)物個(gè)體的技術(shù)。2.原理：動(dòng)物細(xì)胞核具有全能性。用核移植的方法得到的動(dòng)物稱為克隆動(dòng)物。3.生殖方式：無性生殖一、動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)4.分類：胚胎細(xì)胞核移植體細(xì)胞核移植核供體不同--細(xì)胞分化程度低，全能性容易表現(xiàn)--細(xì)胞分化程度高，全能性難以表現(xiàn)一、動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)

1996年首個(gè)體細(xì)胞克隆動(dòng)物多莉羊誕生以來，之后科學(xué)家成功克隆了多種大型家畜，但直到2017年才完成非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的克隆！5.非人靈長(zhǎng)類動(dòng)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(duì)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物胚胎進(jìn)行操作的技術(shù)尚不完善。二、體細(xì)胞核移植的過程采集卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期通過顯微操作去“核”（染色體-紡錘體復(fù)合物）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(jìn)入卵母細(xì)胞，形成重構(gòu)胚高產(chǎn)奶牛（供體）取體細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的牛犢將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)用物理或化學(xué)方法（如電刺激、Ca2+載體、乙醇和蛋白酶合成抑制劑等）激活重構(gòu)胚，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育進(jìn)程。二、體細(xì)胞核移植的過程分析單克隆抗體的制備過程：（1）供體細(xì)胞從哪里來？高產(chǎn)奶牛（供體）進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)來自有重要利用價(jià)值的動(dòng)物，培養(yǎng)10代以內(nèi)的細(xì)胞。（2）受體細(xì)胞是什么細(xì)胞？為什么要選擇該細(xì)胞？采集卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到MⅡ期卵母細(xì)胞體積大，易操作；卵母細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富；卵母細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中含有促使細(xì)胞核表達(dá)全能性的物質(zhì)。MⅡ期卵母細(xì)胞。二、體細(xì)胞核移植的過程分析單克隆抗體的制備過程：（3）進(jìn)行核移植前，須先對(duì)卵母細(xì)胞進(jìn)行什么處理？為什么要進(jìn)行該處理？通過顯微操作去“核”（染色體-紡錘體復(fù)合物）顯微操作去核。為使核移植動(dòng)物的核遺傳物質(zhì)全部來自供體的細(xì)胞。卵母細(xì)胞第一極體透明帶核物質(zhì)（紡錘體—染色體復(fù)合物）卵母細(xì)胞透明帶核物質(zhì)第一極體（紡錘體—染色體復(fù)合物）【拓展】

卵母細(xì)胞去核

目前動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)中普遍使用的去核方法是顯微操作法，也有人采用梯度離心、紫外線短時(shí)間照射和化學(xué)物質(zhì)處理等方法。這些方法時(shí)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。盡管梯度離心、紫外線照射和化學(xué)物質(zhì)處理等方法對(duì)卵細(xì)胞的損傷較小，但這些方法可能無法精確控制對(duì)細(xì)胞核的影響，容易造成周圍細(xì)胞質(zhì)的損傷，或者無法完全去除細(xì)胞核。二、體細(xì)胞核移植的過程分析單克隆抗體的制備過程：（4）在進(jìn)行動(dòng)物細(xì)胞核移植操作時(shí)，注入卵母細(xì)胞的是供體細(xì)胞還是其細(xì)胞核？為什么？通過顯微操作去“核”（染色體-紡錘體復(fù)合物）取體細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞注入卵母細(xì)胞的是供體細(xì)胞。這種方法操作簡(jiǎn)便，對(duì)卵母細(xì)胞損傷較小；還可以減少取核操作對(duì)核物質(zhì)的損傷。待核移植的體細(xì)胞去核卵母細(xì)胞去核卵母細(xì)胞透明帶二、體細(xì)胞核移植的過程分析單克隆抗體的制備過程：（5）如何促進(jìn)供體細(xì)胞和去核的卵母細(xì)胞融合？融合后得到的是什么？通過電融合法使兩細(xì)胞融合，供體核進(jìn)入卵母細(xì)胞，形成重構(gòu)胚電融合法（此過程相當(dāng)于受精過程--透明帶內(nèi)兩個(gè)細(xì)胞融合）。重構(gòu)胚（人工重新構(gòu)建的胚胎，具有發(fā)育成完成個(gè)體的能力）。（6）如何激活重構(gòu)胚使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育進(jìn)程？用物理或化學(xué)方法（電刺激、Ca2+載體、乙醇和蛋白酶合成抑制劑等）二、體細(xì)胞核移植的過程分析單克隆抗體的制備過程：（7）克隆動(dòng)物是對(duì)體細(xì)胞供體動(dòng)物100%的復(fù)制嗎？為什么？生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的牛犢不是。克隆動(dòng)物細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)來自供體動(dòng)物，但細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)同時(shí)來自供體細(xì)胞和受體卵母細(xì)胞，卵母細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)會(huì)影響克隆動(dòng)物的性狀；此外，生物性狀還受環(huán)境因素的影響。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(qǐng)你預(yù)測(cè)它們應(yīng)用前景的差異。

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(dá)幾個(gè)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(duì)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(duì)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)胞的技術(shù)流程相對(duì)簡(jiǎn)單，可能更適合用于生產(chǎn)實(shí)踐。三、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景1.在畜牧生產(chǎn)中加速家畜遺傳改良進(jìn)程、促進(jìn)優(yōu)良畜群繁育。三、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景2.在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域通過建立轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞系，再利用體細(xì)胞核移植技術(shù)培育的轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物可以作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)許多珍貴的醫(yī)用蛋白；藥用蛋白基因啟動(dòng)子①將DNA注入綿羊受精卵代孕母羊藥用蛋白分離純化含藥用蛋白的乳汁②③④三、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景2.在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域在治療人類疾病時(shí)，轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物的細(xì)胞、組織或器官可以作為異種移植的供體；三、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景2.在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域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(shí)可以避免免疫排斥反應(yīng)。三、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景3.在科研領(lǐng)域研究克隆動(dòng)物可以使人類更深入地了解胚胎發(fā)育及衰老過程；克隆一批遺傳背景相同的動(dòng)物，可以通過它們之間的對(duì)比來分析致病基因；克隆特定疾病模型的動(dòng)物，還能為研究該疾病的致病機(jī)制和開發(fā)相應(yīng)的藥物提供幫助。三、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景4.在保護(hù)瀕危物種方面該技術(shù)有望增加瀕危物種的存活數(shù)量。2022年6月，世界首例克隆北極狼在北京誕生。2023年我國(guó)成功克隆雪域高原瀕危牛種阿沛甲咂牛。四、核移植技術(shù)存在的問題1.成功率低克隆胚胎移植成功率非常低，各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)有待進(jìn)一步改進(jìn)2.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.健康問題許多克隆動(dòng)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、免疫缺陷等近期，一個(gè)叫“大蒜”的克隆貓引起了社會(huì)的關(guān)注，因?yàn)樗侵袊?guó)第一只克隆貓。工作人員從去世不久的“大蒜”腿部采集了一塊表皮，與去核的卵母細(xì)胞融合，生成克隆胚胎，代孕貓經(jīng)過自然分娩，順利生產(chǎn)出克隆貓“大蒜”。克隆貓“大蒜”與誰最相似（）A．死去的“大蒜” B．提供卵母細(xì)胞的貓C．代孕貓 D．與上述三者都不像A野生動(dòng)物郊狼的物種數(shù)量近年不斷減少、瀕臨滅絕，科研人員利用種間體細(xì)胞核移植技術(shù)（iSCNT）培育小郊狼的流程如下圖。下列敘述正確的是（

）A．卵母細(xì)胞去核不需要在顯微鏡下操作B．iSCNT技術(shù)比胚胎細(xì)胞核移植技術(shù)難度要大C．郊狼的耳廓組織培養(yǎng)時(shí)只需提供營(yíng)養(yǎng)即可D．小郊狼與郊狼遺傳物質(zhì)完全相同B如圖為某哺乳動(dòng)物生殖過程示意圖。下列相關(guān)敘述中錯(cuò)誤的是（）A．動(dòng)物個(gè)體①②的產(chǎn)生分別屬于有性生殖和無性生殖B．按照動(dòng)物個(gè)體②的產(chǎn)生方式，后代的性別比例仍為1:1C．動(dòng)物個(gè)體②的產(chǎn)生表明，動(dòng)物細(xì)胞核也具有全能性D．圖中a、b、c三種細(xì)胞的產(chǎn)生方式，僅c為有絲分裂B（多選）中國(guó)科學(xué)家經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，攻克了體細(xì)胞克隆猴的障礙，在全世界率先成功地應(yīng)用體細(xì)胞克隆出非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物，獲得兩只克隆猴--“中中”和“華華”。下列敘述錯(cuò)誤的是（

）A．用胰蛋白酶處理胎猴的皮膚組織制成細(xì)胞懸液，再置于含95%CO2的恒溫箱中培養(yǎng)B．通常作為核移植受體的卵母細(xì)胞需發(fā)育到減數(shù)第一次分裂中期才可進(jìn)行核移植C．從卵巢采集到的卵母細(xì)胞經(jīng)成熟培養(yǎng)后進(jìn)行“去核”處理，這里的“核”是指細(xì)胞核D．胚胎細(xì)胞核移植難度低于體細(xì)胞核移植，原因是胚胎細(xì)胞分化程度低，容易表現(xiàn)出全能性ABC一、概念檢測(cè)1.假設(shè)世界上最后一頭野驢剛死亡，以下使它“復(fù)生”的方案中可行的是

（

）A.將野驢的基因?qū)爰殷H的受精卵中，培育出新個(gè)體B.將野驢的體細(xì)胞取出，利用組織培養(yǎng)培育岀新個(gè)體C.將野驢的體細(xì)胞兩兩融合，再經(jīng)組織培養(yǎng)培育出新個(gè)體D.將野驢的體細(xì)胞核移植到家驢的去核卵母細(xì)胞中，