資源簡介 (共42張PPT)目錄 /CONTENTS01發(fā)酵工程02細(xì)胞工程03基因工程04生物技術(shù)的安全性與倫理問題第2章 細(xì)胞工程第2節(jié) 動(dòng)物細(xì)胞工程第2章 細(xì)胞工程第2節(jié) 動(dòng)物細(xì)胞工程第3課時(shí) 動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動(dòng)物2.2.3 動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)本節(jié)聚焦:1.什么是動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)?2.動(dòng)物體細(xì)胞核移植的基本過程是什么?3.體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景有哪些?4.怎樣理性看待體細(xì)胞核移植技術(shù)存在的問題?【情景導(dǎo)入】“(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。視頻:孫悟空毫毛變小猴子毫毛來自悟空的體細(xì)胞,我們能用體細(xì)胞“變”出猴來嗎?2017年,中國的科學(xué)家將這一幕變成了現(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”(如下圖)。克隆猴的過程當(dāng)然不會(huì)像孫悟空吹口氣那么簡單,最大的困難是如何才能激發(fā)動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)其全能性。核移植相當(dāng)于孫悟空的“魔法”。自學(xué)指導(dǎo)1:閱讀P52,回答下列問題,限時(shí)2分鐘1、動(dòng)物細(xì)胞核移植定義?劃出關(guān)鍵詞、原理是?2、哺乳動(dòng)物核移植的類型有?哪一個(gè)難度更高?原因是?3、為什么在動(dòng)物體細(xì)胞核移植中,非人靈長類動(dòng)物的體細(xì)胞核移植非常困難?一、動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)1.概念:用核移植的方法得到的動(dòng)物稱為克隆動(dòng)物細(xì)胞核去核的卵母細(xì)胞新胚胎動(dòng)物個(gè)體供體細(xì)胞受體細(xì)胞卵母細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞去核取核移入重組細(xì)胞新胚胎克隆動(dòng)物發(fā)育發(fā)育將動(dòng)物一個(gè)細(xì)胞的 ,移入 中,使這個(gè)重新組合的細(xì)胞發(fā)育成 ,繼而發(fā)育成 的技術(shù)。一、動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)為何不稱為“克隆技術(shù)”而是“核移植技術(shù)” 克隆技術(shù):是一個(gè)很廣的概念,凡指新形成的事、物與親本一致的現(xiàn)象均可稱為“克隆”。在生物學(xué)上包含分子、細(xì)胞、個(gè)體3個(gè)層次,即分子克隆、細(xì)胞克隆、個(gè)體克隆。植物組織培養(yǎng)技術(shù)核移植技術(shù)單克隆抗體技術(shù)、PCR 技術(shù)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)一、動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)2.原理:動(dòng)物細(xì)胞核的全能性4.種類:3.生殖方式:無性生殖胚胎細(xì)胞核移植:體細(xì)胞核移植:細(xì)胞分化程度 ,表現(xiàn)全能性 ;細(xì)胞分化程度 ,表現(xiàn)全能性 。相對(duì)容易高十分困難低整個(gè)細(xì)胞隨分化程度的提高,分化潛能逐漸減弱,全能性受到限制因此動(dòng)物體細(xì)胞核移植難度明顯高于胚胎細(xì)胞核移植鼠和兔等哺乳動(dòng)物與人類的親緣關(guān)系比較遠(yuǎn),用它們篩選出來的藥物對(duì)人類的效果不好甚至沒有作用。一、動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)思考1:為什么體細(xì)胞克隆猴的誕生能夠轟動(dòng)世界 有什么困難嗎?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)非人靈長類動(dòng)物胚胎進(jìn)行操作的技術(shù)尚不完善。我國科學(xué)家經(jīng)過多年努力,攻克了這些障礙,終于成功獲得了世界上首例體細(xì)胞克隆猴。思考2:為什么要進(jìn)行克隆猴的研究?研發(fā)新藥時(shí),進(jìn)行藥物的篩選。克隆鼠、兔等不能嗎?自然界的猴?①自然界的猴繁殖慢,②自然界的猴基因型不同,會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。③有時(shí)用轉(zhuǎn)基因猴進(jìn)行藥物篩選效果更好思考1、為什么胚胎細(xì)胞作為受體細(xì)胞的成功率更大?①受體細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)環(huán)境必須能使細(xì)胞的細(xì)胞從一種表達(dá)譜轉(zhuǎn)換成另一套不同的表達(dá)譜,以改變“細(xì)胞命運(yùn)” 。即: “重置”供體核基因的表觀遺傳修飾教材·必修二·p74②受體細(xì)胞必須具有支持胚胎發(fā)育的潛力包括提供必要的營養(yǎng)物質(zhì)、mRNA和蛋白質(zhì)。思考2、自然界中什么細(xì)胞具備這樣的能力?卵原細(xì)胞卵細(xì)胞(1個(gè))+極體(3個(gè))減數(shù)分裂卵原細(xì)胞有絲 分裂間期 分裂期(M期)M I M II前期 中期 后期 末期前期 中期 后期 末期在M I前期停滯青春期前周期進(jìn)行青春期開始后次級(jí)卵母細(xì)胞第一極體產(chǎn)生從卵泡排出進(jìn)入輸卵管在M II中期停滯(短暫)M II中期卵母細(xì)胞教材p57-圖2-201、短暫停滯的原因:②卵母細(xì)胞需要精子的激活、解除相關(guān)蛋白質(zhì)的作用,才能退出M II中期并啟動(dòng)后續(xù)發(fā)育程序。2、細(xì)胞特點(diǎn):①相關(guān)蛋白質(zhì)分子(如:較高水平的MPF和CSF)調(diào)控卵母細(xì)胞維持在M II中期①具備受精的能力②含有促進(jìn)細(xì)胞表現(xiàn)出全能性相關(guān)的物質(zhì)(如:MPF)注意:一般選用培養(yǎng)10代以內(nèi)的細(xì)胞,原因:10代以內(nèi)的細(xì)胞一般能保證供體細(xì)胞正常的遺傳基礎(chǔ)。注意:供體細(xì)胞不選生殖細(xì)胞,要選體細(xì)胞原因:生殖細(xì)胞的染色體數(shù)只有體細(xì)胞的一半。3、體細(xì)胞核移植流程:筆記:MⅡ期卵母細(xì)胞特點(diǎn)①體積大,易操作②卵黃多,營養(yǎng)物質(zhì)多③含有促使細(xì)胞核表達(dá)全能性的物質(zhì)和營養(yǎng)條件(主要原因)如促成熟因子(MPF)其水平高低可影響供體細(xì)胞核調(diào)控表觀遺傳重編程分析:什么是去核?為什么要去核?用什么方法去核?去核1、本質(zhì):2、原因:3、方法:使核移植的胚胎或動(dòng)物的核遺傳物質(zhì)全部來自優(yōu)良供體細(xì)胞(1)主要方法:顯微操作法(2)其他方法:物理方法、化學(xué)方法,p53相關(guān)信息拓展:去核的同時(shí)一并吸出第一極體p53去除紡錘體-染色體復(fù)合物重構(gòu)胚開始細(xì)胞分裂、開始發(fā)育激活分析:為什么要激活?激活前、后的重構(gòu)胚有何變化?項(xiàng)目 激活前的重構(gòu)胚 激活后的重構(gòu)胚 備注細(xì)胞狀態(tài) 處于靜止?fàn)顟B(tài), 細(xì)胞核未分裂。 細(xì)胞核開始重編程, 進(jìn)入分裂狀態(tài)。 激活后細(xì)胞核從體細(xì)胞狀態(tài)恢復(fù)到全能性狀態(tài)。代謝活動(dòng) 代謝活動(dòng)較低, 細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)未啟動(dòng)。 代謝活動(dòng)顯著增強(qiáng),DNA復(fù)制、蛋白質(zhì)合成等生化反應(yīng)開始。 激活后胚胎進(jìn)入發(fā)育狀態(tài)。發(fā)育潛力 無法繼續(xù)發(fā)育,停留在單細(xì)胞或早期細(xì)胞階段。 具有發(fā)育潛力,可繼續(xù)分裂并形成囊胚,可能發(fā)育為完整個(gè)體。 激活是啟動(dòng)胚胎發(fā)育的關(guān)鍵步驟。表觀遺傳狀態(tài) 供體細(xì)胞核保留體細(xì)胞的表觀遺傳特征(如DNA甲基化、組蛋白修飾)。 表觀遺傳修飾發(fā)生改變,逐漸恢復(fù)到胚胎狀態(tài)。 重編程過程涉及DNA去甲基化和組蛋白修飾變化。重構(gòu)胚開始細(xì)胞分裂、開始發(fā)育激活桑椹胚(或胚囊)胚胎培養(yǎng)模擬輸卵管環(huán)境胚胎發(fā)育失敗胚胎基因表達(dá)異常著床率高于早期胚胎(卵裂期胚胎)胚胎移植進(jìn)行同期發(fā)情處理①含義:是指用激素處理供體牛和受體母牛,使其子宮處于相同的發(fā)育狀態(tài)。②目的:為供體胚胎的移入提供相同的生理環(huán)境(有利于胚胎著床)分析1:克隆動(dòng)物遺傳物質(zhì)來源誰?受體?供體?代孕母牛?分析2:克隆動(dòng)物性狀有什么特點(diǎn)?像受體牛?像供體牛?像代孕母牛?還是?3、體細(xì)胞核移植流程:移植失敗、流產(chǎn)、早產(chǎn)、難產(chǎn)……②細(xì)胞質(zhì)遺傳物質(zhì) (線粒體DNA) :1、克隆動(dòng)物的遺傳物質(zhì)來源①細(xì)胞核遺傳物質(zhì):一部分來自 細(xì)胞,另一部分來自 。全部來自供體動(dòng)物的細(xì)胞核供體受體卵母細(xì)胞【筆記】2、克隆動(dòng)物的遺傳物質(zhì)不是對(duì)供體的100%復(fù)制的原因克隆動(dòng)物細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)100%來自供體細(xì)胞,克隆動(dòng)物細(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;③生物性狀還受環(huán)境因素的影響。④在個(gè)體發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突變、染色體變異等。注:代孕母牛提供胚胎發(fā)育的環(huán)境(子宮),確保克隆牛的正常發(fā)育,不會(huì)改變克隆牛的遺傳物質(zhì)或性狀。3、體細(xì)胞核移植流程: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)證明了:動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)4、哺乳動(dòng)物核移植分類:(1)體細(xì)胞核移植:(2)胚胎細(xì)胞核移植:(相對(duì)容易)(十分困難)5、困難p52是指除人類以外的所有靈長類動(dòng)物我國科學(xué)家經(jīng)過多年努力,攻克了這些障礙,終于成功獲得了世界上首例體細(xì)胞克隆猴。【學(xué)情檢測2】p66-3題、獨(dú)立完成3min(1)研究人員在將胎猴的體細(xì)胞注人去核的卵母細(xì)胞前,用滅活的仙臺(tái)病毒進(jìn)行了短暫處理。在此過程中,滅活的仙臺(tái)病毒所起的作用是什么?誘導(dǎo)細(xì)胞融合(2)為了調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá),提高胚胎的發(fā)育率和妊娠率,研究人員將組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注人了重構(gòu)胚,同時(shí)用組蛋白脫乙酰酶抑制劑TSA處理了它。這兩種物質(zhì)發(fā)揮作用的機(jī)制是什么 這兩種物質(zhì)都是通過改變組蛋白的表觀遺傳修飾來調(diào)控基因表達(dá)。具體表現(xiàn)為:組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA可以表達(dá)組蛋白去甲基化酶,該酶能降低組蛋白的甲基化水平;組蛋白脫乙酰酶抑劑 TSA 可以抑制組蛋白脫乙酰酶的作用,提高組蛋白的乙酰化水平。(3)評(píng)論者所說的培育過程中用到的“聰明的化學(xué)方法和操作技巧”,你認(rèn)為具體體現(xiàn)在什么地方?“操作技巧” 是指科學(xué)家經(jīng)過大量的訓(xùn)練,能在10s內(nèi)完成對(duì)卵母編胞的去核操作。能在15s內(nèi)將體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞。這樣迅速的操作大大減少了對(duì)卵母細(xì)胞的損傷。“聰明的化學(xué)方法”是指對(duì)重構(gòu)胚的處理用了TSA 以及將組蛋白去甲基化酶Kdm4d的 mRNA 注入了重構(gòu)胚。這可以促進(jìn)囊胚的發(fā)育和提高代孕母猴的妊娠率。(4)你認(rèn)為體細(xì)胞克隆猴的成功培育有什么意義 在醫(yī)學(xué)研究中通常需要用到遺傳背景相似或相同的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,這樣實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的比較才更具有說服力。小鼠因其能快速地進(jìn)行近親繁殖,產(chǎn)生大遺傳背景相似的后代,而被廣泛用作實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。但是小鼠與人的親像關(guān)系太遠(yuǎn)。很多在小鼠體內(nèi)有效的候選藥物,用在人身上不一定有效,或有很大的副作用;在小鼠體內(nèi)存在的致病機(jī)制也不一定存在于人體內(nèi)。由于與人的親緣關(guān)系極近。培有大批具有相同遺傳背景的克隆猴,對(duì)人類疾病致和機(jī)制的研究和新藥的研發(fā)等具有重要意義。特別是在腦研究方面。克隆猴的培育將大大促進(jìn)人類腦疾病的研究和治療。例如,我們可以培有一批“模型猴”,標(biāo)記它們的某一類神經(jīng)元,追蹤神經(jīng)連接。由于這些猴的遺傳背景一致,所以在研究中可以最大限度排除由基因差異造成的大腦結(jié)構(gòu)形狀不一的問題。克隆猴的成功培有標(biāo)志著我國在非人靈長類疾病動(dòng)物模型研究方面處于國際領(lǐng)先水平。體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景·畜牧生產(chǎn)①加速家畜 進(jìn)程、促進(jìn)優(yōu)良畜群繁育;遺傳改良①轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物作為 ,生產(chǎn)珍貴的 。②轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物的細(xì)胞、組織或器官可以用于 。體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景·醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域生物反應(yīng)器醫(yī)用蛋白異種移植乳汁中分泌人抗胰蛋白酶的轉(zhuǎn)基因羊(生物反應(yīng)器)轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物的細(xì)胞、組織、器官可作為異種移植的供體③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)可以避免發(fā)生 反應(yīng)。體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景·醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域免疫排斥體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景·科學(xué)研究①研究克隆動(dòng)物可使人類更深入地了解 及 。衰老過程胚胎發(fā)育體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景·科學(xué)研究②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;③克隆特定疾病模型的動(dòng)物,還能為研究該疾病的 和提供幫助。分析致病基因致病機(jī)制開發(fā)相應(yīng)的藥物體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景·保護(hù)瀕危物種方面①保護(hù) ,增加瀕危物種的存活數(shù)量瀕危物種2022年6月,世界首例克隆北極狼在北京誕生。2023年我國成功克隆雪域高原瀕危牛種阿沛甲咂牛。黑草黃弄蝶白鰭豚金絲猴該技術(shù)有望增加瀕危物種的存活數(shù)量體細(xì)胞核移植技術(shù)存在的問題① :成功率非常低,各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)也有待進(jìn)一步改進(jìn)。② :相對(duì)于技術(shù)研究,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)物存在健康問題,表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷,如體形過大、異常肥胖、發(fā)育困難、臟器缺陷和免疫失調(diào)等。成功率低理論研究較為滯后存在健康問題克隆胚胎移植成功率平均不到10%本節(jié)小結(jié)理論基礎(chǔ)動(dòng)物體細(xì)胞核的全能性胚胎細(xì)胞核移植原理:類型:體細(xì)胞核移植采集卵母細(xì)胞,在體外培養(yǎng)到MⅡ期從供體高產(chǎn)奶牛身上取體細(xì)胞顯微操作去核對(duì)體細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)去核的卵母細(xì)胞供體細(xì)胞電融合法將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞重構(gòu)胚用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚,使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育進(jìn)程早期胚胎將胚胎移入受體(代孕)母牛體內(nèi)生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動(dòng)物過程應(yīng)用前景畜牧業(yè)保護(hù)瀕危物種醫(yī)藥衛(wèi)生判斷正誤P36(1)克隆動(dòng)物的遺傳物質(zhì)全部來自供體細(xì)胞( )(2)重構(gòu)胚具有發(fā)育成完整個(gè)體的能力( )(3)激活重構(gòu)胚常用的方法有電刺激、Ca2+載體、乙醇、蛋白酶合成抑制劑等( )×細(xì)胞核遺傳物質(zhì)來自供體細(xì)胞,細(xì)胞質(zhì)遺傳物質(zhì)來自供體細(xì)胞和去核卵母細(xì)胞。√√ 考點(diǎn)訓(xùn)練 1.某雜志報(bào)道,我國科學(xué)家以一只雌性獼猴胎兒成纖維細(xì)胞為核供體成功克隆兩只獼猴,成為全球首例體細(xì)胞克隆靈長類動(dòng)物。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )A.這項(xiàng)技術(shù)證明高度分化的動(dòng)物體細(xì)胞具有全能性B.研究中需要使用成熟卵母細(xì)胞作為核移植的受體C.培育出的兩只雌性獼猴的基因組成幾乎完全相同D.克隆獼猴的成功為大量培育靈長類遺傳病模型動(dòng)物提供了可能該過程經(jīng)過了細(xì)胞核移植,只能說明分化的動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性 考點(diǎn)訓(xùn)練 2.“中中”和“華華”是兩只在我國出生的克隆獼猴,它們也是國際上首例利用體細(xì)胞克隆技術(shù)獲得的非人靈長類動(dòng)物。如圖表示培育“中中”和“華華”的流程。下列相關(guān)敘述正確的是( )A.圖示過程中利用的技術(shù)有核移植和干細(xì)胞移植技術(shù)等B.這兩只克隆獼猴是由同一受精卵發(fā)育而成的雙胞胎C.融合細(xì)胞的培養(yǎng)過程需要無菌、無毒的環(huán)境和營養(yǎng)等條件D.利用A猴的胚胎干細(xì)胞核移植獲得克隆獼猴的難度要更大圖示過程包括核移植、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、胚胎移植等技術(shù),沒有干細(xì)胞移植技術(shù)這兩只克隆獼猴是通過體細(xì)胞核移植、胚胎移植產(chǎn)生的,沒有用到受精卵3.《Cell》以封面文章在線發(fā)表了世界首例體細(xì)胞克隆猴“中中”和“華華”誕生的成果,中國科學(xué)院的這項(xiàng)研究,率先開啟了構(gòu)建非人靈長類動(dòng)物模型、研究人類疾病的新時(shí)代。請(qǐng)回答下列問題。(1)動(dòng)物體細(xì)胞核移植的受體細(xì)胞一般選用_________________細(xì)胞。進(jìn)行相關(guān)顯微操作時(shí),一般用微型吸管一并吸出細(xì)胞核和________。去掉受體細(xì)胞的細(xì)胞核,目的是______________________。MⅡ期的卵母(減數(shù)分裂Ⅱ中期的卵母)第一極體保證核遺傳物質(zhì)來自供體細(xì)胞 考點(diǎn)訓(xùn)練 (2)在CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)供體細(xì)胞時(shí),必須保證細(xì)胞處于____________的環(huán)境中,所需營養(yǎng)與體內(nèi)基本相同。(3)哺乳動(dòng)物的核移植可以分為胚胎細(xì)胞核移植和體細(xì)胞核移植,胚胎細(xì)胞核移植獲得克隆動(dòng)物的難度______(填“大于”或“小于”)體細(xì)胞核移植,其原因是_________________________________。無菌、無毒小于胚胎細(xì)胞分化程度低,恢復(fù)全能性相對(duì)容易解析:(1)核移植的受體細(xì)胞一般選用MⅡ期的卵母(減數(shù)分裂Ⅱ中期的卵母)細(xì)胞。進(jìn)行相關(guān)顯微操作時(shí),一般用微型吸管一并吸出細(xì)胞核和第一極體。核移植以前,必須去掉受體卵母細(xì)胞的核,目的是保證核遺傳物質(zhì)來自供體細(xì)胞。(2)在CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)供體細(xì)胞時(shí),必須保證細(xì)胞處于無菌、無毒的環(huán)境中,所需營養(yǎng)與體內(nèi)基本相同。(3)胚胎細(xì)胞核移植的難度小于體細(xì)胞核移植,其原因是動(dòng)物胚胎細(xì)胞分化程度低,恢復(fù)其全能性相對(duì)容易。 展開更多...... 收起↑ 資源預(yù)覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫