转基因动物讲义和动物克隆

人类疾病 动物模型
特有性状的 经济动物
转基因动物 Transgenic animal
动物生 物反应器
异种器 官移植
动物模型(转基因鼠)
由于小鼠与人类基因具有很高的同源性，且遗传背景清 晰，因此含有人类致病基因的转基因小鼠所表现的症状，与 人类相应疾病具有很高程度的可比性和真实性。
同时，转基因小鼠通过对外源基因的操作，能从分子、 蛋白、细胞、生理、遗传等不同水平，直接研究外源基因在 个体内的动态表现，能精确地检测到一个遗传改变所发生的 效应,四维的研究体系。
转基因小鼠已大量应用于基础研究的 各个领域，而转基因大动物（家畜） 则在应用研究中显示出良好的应用前 景。
制备转基因动物的基本过程
（上游） 目的(外源)基因的克隆及重组
（中游） 重组(外源)基因向载体细胞的转移
( 依据外源基因的性质、受体动物和载体细胞 的类 型，常采用反转录病毒转染、干细胞转移、电击法、 精子携带、显微注射等不同的技术途径。)
已获得整合有生长激素（GH）、生长激素释放因子（GRF）、 肌肉生长刺激因子（cSK1）及能提高羊毛质量、牛奶产量等外源 基因的转基因家畜。其中含有GH的转基因猪己稳定地的遗传了五 个世代，其血液中GH均保持较高浓度，虽个体不比同胞更大，但 体重增长较快，料肉转化率提高17%，背膘厚度从18.5±1.8毫米 下降到7.0±1.8毫米；
精子载体法转基因
子 以精子作为基因的裁体制作转基因动物以其简单、高效、 广泛适用的特点引起众多的科学家的广泛兴趣，大量实验证实， 精子能够吸附外源DNA，而且大多数被吸附的外源DNA位于 精子头部的赤道段和顶体后区，精子这种吸附DNA的能力不 是简单的物理过程而是由精子头部蛋白所介导的。
子 极少数DNA能够穿入精子核区，这部分DNA在核区内有的 被降解；有的以附加体形式存在于基因组之外，只有极少数能 够整合到基因组上，而且这种整合不是随机发生的。 子 虽然精子吸附外源基因，通过体外受精或人工授精的途径 制作转基因动物的阳性结果和阴性结果的报道时有发表，但是 这些实验之间转基因效率差异极大，而且未能获得足够的数据 对这一差异提供解释， 子 没有从理论上阐明精子携带外源基因入卵的机制，也没有建 立一套可重复性的稳定的制作转基因动物技术路线。

五、转基因疾病动物模型与基因治疗 动物模型
（一）转基因疾病动物模型： 1、病毒性疾病模型： （1）小儿麻痹病毒受体转基因小鼠 （2）乙型肝炎病毒携带者模型 （3）乙型肝炎表面抗原转基因动物 模型 2、肿瘤转基因动物模型
3、代谢疾病转基因动物模型 （1）高歇氏病转基因动物模型 （2）家族性神经多发性淀粉样变 （FAP）转基因小鼠 （二）基因治疗的动物模型： 将外源生长激素基因导入“侏儒 症”小鼠——个头增大3倍，恢复生育 能力。
第二节 克隆动物
一、克隆动物的概念—— 动物通过体细胞进行的无性生殖（也 称无性繁殖）以及由无性生殖形成的基因 型几乎完全相同的后代个体组成的群体。 世界卫生组织在关于克隆的非正式声 明中定义为： 遗传上同一的机体或细胞系（株）的 无性生殖。
二、动物克隆技术的基本方法 （一）胚胎分割 （二）细胞核移植： 1.胚胎细胞核移植 2.胚胎干细胞核移植 3.胎儿成纤维细胞核移植 4.体细胞核移植
（四）电脉冲法 利用外界高电压短脉冲使细 胞膜产生可逆性穿孔，外源性 DNA通过此孔可进入细胞。 （五）精子载体导入法 以精子作为外源性DNA的载 体，通过受精作用将外源性DNA 导入受精卵。
三、转基因动物的研究概况 1、1960年代，将外源基因导入鸡 的卵巢和睾丸，得到性状改变的 鸡，估计是转基因鸡。 2、1974年，美国珍尼斯首次用显 微注射法获得体细胞有SV40病毒 DNA的小鼠。 3、1980年，戈登完善了显微注射 技术。
我国首批本土自主克隆牛，这5头出 生在山东的克隆牛于2003年8月通过人工 授精成功受孕，预产期为2004年4月中旬 。这是我国自主完成的体细胞“克隆牛”， 首次通过无性方式怀孕。
我国首例异种克隆羊 2004年1月21日零时 在新疆诞生。异种克 隆羊不同于世界上第 一只克隆羊“多莉” 的 同种体细胞核移植的 克隆方法，而是把A 种动物体细胞的细胞 核移植到B种动物的 去核卵细胞中，生出 A种动物。

模型 2、肿瘤转基因动物模型
3、代谢疾病转基因动物模型 （1）高歇氏病转基因动物模型 （2）家族性神经多发性淀粉样变
（FAP）转基因小鼠 （二）基因治疗的动物模型：
将外源生长激素基因导入“侏儒 症”小鼠——个头增大3倍，恢复生育 能力。
左侧为转移了大鼠生长激素基因的小鼠
1982年，Richard Palmiter 和 Ralph Brinster 领导 的一个小组将一个能够被锌调控的DNA元件与大鼠的生长激 素基因连在一起，并将其注射到了受精了的小鼠胚胎中， 从而培育出了世界上第一批转基因小鼠。这些转基因小鼠 长期取食含有足量锌的食物后，就会长得非常大。转基因 小鼠的出现掀起了遗传学研究的新的浪潮。
第二节 克隆动物
一、克隆动物的概念—— 动物通过体细胞进行的无性生殖（也
称无性繁殖）以及由无性生殖形成的基因 型几乎完全相同的后代个体组成的群体。
世界卫生组织在关于克隆的非正式声 明中定义为：
遗传上同一的机体或细胞系（株）的 无性生殖。
二、动物克隆技术的基本方法 （一）胚胎分割 （二）细胞核移植：
6、 1989年，意大利拉维特拉纳运用精 子载体法转移外源性DNA，获得PSV2— CAT转基因小鼠。
7、我国1980年代开始转基因动物 研究，成功研制出转基因牛、小 鼠、猪、羊、兔、金鱼。
新进展：
2000年10月，世界首只 转基因猴在美国诞生， 取名“安迪”，这是世 界上首次培育成功转基 因灵长类动物。
料极少的转基因家畜。
（四）研制和生产生物活性物质：
将具有医学价值的生物活性物质
（如组织型纤溶蛋白元激活因子，tPA） 导入家畜或家禽的受精卵，从转基因 动物的体液如乳汁、血液、尿液、腹 水中收获基因产物。

转基Fra bibliotek技术的发展现状
自从1983年第一株转基因烟草获得以来，至今已有120种植物转基因获 得成功。1996年全球大面积种植，并不断扩大。
国际农业生物技术应用服务局（ISAAA）统计结果 14
转基因产品销售情况： 2010年转基因产品年销售额达到200亿美元，1500万农民种 植转基因作物。 转基因作物种植国家情况： 美国（59%），阿根廷（20%），加拿大（6%） 中国 （5%），欧洲很少 美国最早批准种植转基因作物 2004年3月英国批准大面积种植转基因作物，但要求非常严格。 2005年德国通过法案，严格限制（包括实验室研究）。
转 基 因 技 术 发 展 简 史
1971年 史密斯等人从细菌中分离出一种能切开病毒DNA分子的 限制性内切酶，标志着DNA重组时代的开始； 1972年 伯格等用限制性内切酶分别酶切猿猴病毒DNA和噬菌体 DNA，并将二者用连接酶连接起来，得到重组DNA分子； 1973年 科恩等进一步将酶切的DNA分子与质粒DNA连接起来， 获得重组质粒并转入大肠杆菌中； 1978年 全球第一个重组DNA技术公司——Genetech开始利用重 组大肠杆菌生产人胰岛素。 1980年 第一例转基因动物——转基因小鼠在美国成功培育 1982年 第一例转基因植物——转基因烟草在美国问世 1987年 第一例转基因微生物——防冻基因工程菌进入田间试验 1994年 第一例转基因作物——延熟保鲜番茄在美国上市
The Washington University group, headed by Mary-Dell Chilton, had produced cells of Nicotiana plumbaginifolia, a close relative of ordinary tobacco, that were resistant to the antibiotic kanamycin (Framond et al., 1983). Jeff Schell and Marc Van Montagu, working in Belgium, had produced tobacco plants that were resistant to kanamycin and to methotrexate(氨甲蝶呤), a drug used to treat cancer and rheumatoid arthritis (Schell et al., 1983). Robert Fraley, Stephen Rogers, and Robert Horsch at Monsanto had produced petunia plants（矮牵牛花） that were resistant to kanamycin (Fraley et al, 1983a). The Wisconsin group, headed by John Kemp and Timothy Hall, had inserted a bean gene into a sunflower plant.

04
转基因克隆动物的伦理和社 会问题
转基因克隆动物的伦理问题
动物福利问题
转基因克隆动物通常在实验室或 农场中饲养，可能导致动物遭受
痛苦和折磨。
生物多样性问题
转基因克隆动物可能对生物多样性 产生负面影响，例如破坏生态平衡 和导致基因污染。
人类干预自然规律
转基因克隆技术违背了自然规律， 过度干预可能导致不可预测的后果 。
2000年代
随着CRISPR-Байду номын сангаасas9等新型基因编辑 技术的出现，转基因克隆动物的培育 效率和质量得到进一步提高。
1990年代
科学家开始尝试将转基因技术与克隆 技术结合，培育转基因克隆动物。
2010年代至今
随着基因编辑技术的发展，科学家成 功培育出多种转基因克隆动物，如转 基因克隆猪、转基因克隆牛等。
转基因克隆动物的应用前景
医学研究
01
转基因克隆动物可用于医学研究，模拟人类疾 病的发生和发展过程，为疾病治疗和药物研发
提供实验模型。
农业生产
03
转基因克隆动物可用于优良品种的快速繁殖和 遗传改良，提高农业生产效率。
生物制药
02
利用转基因克隆动物生产人类疾病治疗所需的 蛋白质、酶等生物活性物质，具有广阔的市场
THANKS
前景。
濒危物种保护
04
通过转基因克隆技术，可以保护濒危物种，避 免其灭绝。
02
转基因克隆动物技术
转基因技术
转基因技术定义
转基因技术是指通过人工方法将一个生物的基因切出来，接到另一个生物的基因上，让接收基因 的生物表现出新的特性。
转基因技术的应用
转基因技术广泛应用于农业、医药、工业等领域，例如转基因作物、转基因药物等。

四、应用
1、制备转基因克隆动物， 进行生物药物 生产； 2、培育优良畜种，扩大良种种群； 3、开展异种动物克隆，拯救濒危动物； 4、与干细胞技术结合，开展治疗性克隆 5、利用核移植技术，研究生物学的基本 问题 。
五、克隆羊与体细胞核移植
第一步 取妊娠期的6岁母绵羊（Finn
Do隆的技术 细胞核移植 1、定义：利用显微操作技术将 一种动物的细胞核转入同种或异 种动物的去核成熟卵内的精细技 术。细胞核移植所得的杂种称为 核质杂种。根据移植对象的不同 分为胚胎细胞核移植和体细胞核 移植。
汉斯•施佩曼
德国胚胎学 家，1935年 诺贝尔生理 学和医学奖 得主
2、克隆程序 1）供体动物的选择和细胞核的获得 2）受体动物的选择和细胞核的移出 3）供体核的移入和原核的移出 4）胚泡的体外培养 5）代母的选择和胚泡移入子宫 6）克隆动物的体内发育和出生
实践问题 克隆动物的成功率还很低 生出的部分个体表现出生理或免疫缺 限。 即使是正常发育的“多莉”，也被发 现有早衰迹象 除了以上的理论和技术障碍外，克隆 技术（尤其是在人胚胎方面的应用） 对伦理道德的冲击和公众对此的强烈 反应也限制了克隆技术的应用。
七、克隆人
1、克隆人制备过程
二、转基因动物的制备过程
1、目的基因的分离与克隆； 2、表达载体的构建； 3、受体细胞的获得； 4、基因导入； 5、受体动物的选择及转基因 胚胎的移植；
6、转基因整合表达的检测； 7、转基因动物的性能观测及转 基因表达产物的分离与纯化； 8、转基因动物的遗传性能研究 以及性能选育； 9、组建转基因动物新类群
三、实例
1、两栖类细胞核移植 1938年Spemann最先提出将多细胞 胚胎的每一个细胞核移植到去掉核 的卵母细胞中，使它们重新发育成 胚胎的设想。 1952年，Briggs和King沿用 Spemann的思路和实验技术，首次 获得两栖动物美洲豹蛙胚胎细胞核 移植的后代．

• 为了使转基因动物体内能产生大量的目的蛋白， 满足应用的需求，人们特别希望转基因动物能 在某些腺体细胞内产生并被分泌到体外，而哺 乳动物的乳腺就是一个理想的外分泌器官。若 目的基因所限定在乳腺细胞中大量表达，就能 从转基因的动物乳汁里获得需要的基因产物。 这时转基因动物乳腺就成为一个为生产某种生 物活性蛋白的生物反应器（乳腺反应器）。转 基因动物总有一天会成为“动物药厂”。它们 可以持续地将人们所希望的蛋白质基因（你所 宠爱的基因、YFG）。 • 下一页
• 所谓转基因动物就是把外源性目的基因导入动 物的受精卵或其囊胚细胞中，后改用注入受精 卵的任何一个前核，并在细胞基因组中稳定整 合，再将合格的重组受精卵或囊胚细胞筛选出 来，采用借腹怀孕法寄养在雌性动物（foster mother）的子宫内, 使之发育成具表达目的基因 的胚胎动物, 并能传给下一代。这样，生育的 动物为转基因动物。这类动物由于外源性目的 基因的稳定存在而赋于子代动物个体。 如图14-1
六、克隆羊和动物克隆
• 动物克隆和转基因动物的技术不同，动物克隆 技术是核移植的一种无性繁殖法，把经过处理 的成年动物体细胞（如羊乳腺细胞）和另一只 动物的去核卵细胞（如羊卵细胞）进行细胞融 合，短期培养以后形成胚胎细胞，再植入借腹 怀孕的寄养的母体子宫内，使发育成提供体细 胞遗传的那只动物的克隆。克隆羊的培育是核 移植的无性繁殖，是体细胞的整套基因导入。 克隆羊只是从供体细胞中获得遗传物质，因此 克隆羊是与供体羊遗传性状完全一模一样，这 种通过无性繁殖方式进行动物克隆打破了传统 的有性生殖概念。 （如图1、图2）
第十四章
• • • •
转基因动物和动 物克隆
一、转基因动物（概念、研究、问题） 二、转基因的“动物药厂” 三、抗感染动物 四、转基因动物技术路线中的转基因胚胎干细 胞 • 五、基因敲除的小鼠模型（概念、方法、特点、 应用） • 六、克隆羊和动物克隆（概念、意义） • 七、克隆人

Dnmt1
61790 bp DNA 40个外显子 mRNA join(1..316,13059..13095,14251..14358,14567..14786, 17769..17844,19518..19596,21231..21265,21962..22046, 26772..26806,28451..28538,31776..31810,32388..32469, 34718..34752,35073..35118,35214..35294,35369..35478, 38627..38745,39191..39283,40080..40231,40363..40550, 40657..40843,43289..43386,43591..43738,45168..45283, 45479..45683,46119..46252,48612..48785,51149..51370, 52916..53108,53947..54031,54227..54355,54808..55090, 55319..55460,56531..56697,57127..57304,57856..58051, 58849..59015,59284..59400,60829..60919,61435..61790)
TE随机失活， 倾向已失活X 父源失活
供体细胞融合入去核MII卵母细胞
NEBD PCC
假原核形成并快速膨大
染色体全基因组水平去甲基化
胚胎早期发育基因的激活
发生充分的NEBD和PCC的灵长类SCNT胚胎
高达20%能发育至囊胚(Mitalipov, Zhou et al. 2007)。 Sung的研究结果却表明PCC不是牛体细胞重 编程的必需条件(Sung, Shen et al. 2007)

已获得整合有生长激素（GH）、生长激素释放因子（GRF）、 肌肉生长刺激因子（cSK1）及能提高羊毛质量、牛奶产量等外源 基因的转基因家畜。其中含有GH的转基因猪己稳定地的遗传了五 个世代，其血液中GH均保持较高浓度，虽个体不比同胞更大，但 体重增长较快，料肉转化率提高17%，背膘厚度从18.5±1.8毫米 下降到7.0±1.8毫米；
出于安全性考虑，反转录病毒转染法主要是作 为实验手段应用于转基因动物的研究。
胚胎干细胞转移基因转移 法
胚胎干细胞(Embryonic Stem Cell，简称ES细胞)是从哺乳动物早 期胚胎的内细胞团中分离的一种二倍体细胞，可在体外培养并保持 全能分化的潜能，如给予适当环境即可形成胚系集落。
因此，胚胎干细胞经转染并鉴定后，移植到哺乳动物正常发育的囊 胚腔内，再将囊胚植入假孕动物子宫中，可产生嵌合体动物。转化 的细胞在嵌合体中能分化发育成为全能的生殖细胞，经简单的杂交 繁育即可得到携带外源基因的纯合转基因动物。
Measure Transgenic milk target protein
expression
目前，国际上己有多种转基因动物（绵羊、山羊、猪和牛） 能生产上百种医用蛋白，其中有30余种进入Ⅱ、Ⅲ期临床，有 的也己进行商业开发，产生了良好的经济效益，正逐步发展成 一新兴产业。
如荷兰金发马公司培育的转基因牛，生产人乳铁蛋白，提炼 的营养奶粉销售额为50亿美元；英国罗斯林研究所培育的抗胰 蛋白酶转基因羊，每升羊奶价值6000美元；芬兰得到红细胞生 成素的转基因牛，年产奶价值为40多亿美元。
异种移植目前最大的障碍，便是受体对异种器官的超急 性排斥反应，克服这一障碍便成为异种器官移植成功的一 个关键。
应用转基因技术，培育表达人补体调控蛋白，如人膜辅助 因子蛋白（human membrane cofactor protein MCP）、 人衰变加速因子（human decay-accelerating factor DAF） 的转基因猪，有望抑制或减弱人补体对猪器官的攻击。