转基因动物 (2).ppt
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1、转基因动物现在学习的是第1页,共58页(一)转基因动物的概念(一)转基因动物的概念转基因动物(转基因动物(transgenicanimal)是指以实验方法导入的外源基因)是指以实验方法导入的外源基因在其染色体基因组内稳定整合并能遗传给后代的一类动物。在其染色体基因组内稳定整合并能遗传给后代的一类动物。外源基因随细胞分裂分配到所有子细胞中并遗传给后代,这种动物叫外源基因随细胞分裂分配到所有子细胞中并遗传给后代,这种动物叫转基因动物。转基因动物。严格说,转基因动物有别于嵌合体。严格说,转基因动物有别于嵌合体。嵌合体动物(嵌合体动物(chimericanimal):):只有部分组织细胞的基因组中整合
2、有只有部分组织细胞的基因组中整合有外源基因。外源基因。逆转录病毒感染法、胚胎干细胞介导法制备的动物第一逆转录病毒感染法、胚胎干细胞介导法制备的动物第一代均为嵌合体。雄原核显微注射法制备的动物第一代中代均为嵌合体。雄原核显微注射法制备的动物第一代中1-10%为嵌为嵌合体(延迟整合)。合体(延迟整合)。现在学习的是第2页,共58页Gordon等人首次成功地将含有等人首次成功地将含有HSV和和SV40DNA片段的重组片段的重组质粒质粒DNA以显微注射法导入小鼠受精卵的雄原核内,得到了以显微注射法导入小鼠受精卵的雄原核内,得到了带有这种外源带有这种外源DNA顺序顺序TGM。1982年年Palmiter
3、等运用此法得到的所谓等运用此法得到的所谓“超级巨鼠超级巨鼠”,曾引起曾引起整个生物学界的轰动。整个生物学界的轰动。到目前为止,人类已获得转基因鱼、鼠、羊、猪、兔、牛等到目前为止,人类已获得转基因鱼、鼠、羊、猪、兔、牛等等大小动物。等大小动物。从转基因动物所获得的资料几乎涉及医学遗传、肿瘤学、从转基因动物所获得的资料几乎涉及医学遗传、肿瘤学、免疫学等的基因研究,还涉及生物药物的研究,基因治免疫学等的基因研究,还涉及生物药物的研究,基因治疗的开发研究等。疗的开发研究等。现在学习的是第3页,共58页AfterDolly现在学习的是第4页,共58页继继“多莉羊多莉羊”之后:之后:13岁成年牛岁成年牛现
4、在学习的是第5页,共58页转基因无毛鼠转基因无毛鼠转基因无毛鸡转基因无毛鸡现在学习的是第6页,共58页异体动物克隆-北山羊现在学习的是第7页,共58页黄禹锡学生克隆成功的阿富汗猎狗黄禹锡学生克隆成功的阿富汗猎狗在在韩韩国国首首都都汉汉城城的的汉汉城城大大学学,世世界界上上首首只只克克隆隆狗狗-小小猎猎犬犬斯斯纳纳皮皮首首次次公公开开亮亮相相。现在学习的是第8页,共58页克隆兔在广西大学诞生克隆兔在广西大学诞生美国加州的一家公司可为顾美国加州的一家公司可为顾客克隆其宠物客克隆其宠物 现在学习的是第9页,共58页二、转基因动物技术的主要步骤二、转基因动物技术的主要步骤w获取外源目的基因获取外源目的
5、基因w外源目的基因导入生殖细胞或胚胎干细胞外源目的基因导入生殖细胞或胚胎干细胞w选择携带目的基因的细胞,选择体外培养系统和宿选择携带目的基因的细胞,选择体外培养系统和宿主动物主动物w转基因胚胎的发育及鉴定转基因胚胎的发育及鉴定w筛选所得的转基因动物筛选所得的转基因动物现在学习的是第10页,共58页三、三、转基因动物的技术路线转基因动物的技术路线w经典的技术路线经典的技术路线目的基因显微注射显微注射已交配的取出取出移植移植受体动物妊娠妊娠供体动物受精卵输卵管转基因动物缺点:注入目的基因的命中率低,目的基因的整合率缺点:注入目的基因的命中率低,目的基因的整合率低,受精卵移植的受孕率低。低,受精卵移
6、植的受孕率低。现在学习的是第11页,共58页转基因动物的技术路线转基因动物的技术路线(续续)w整合胚胎移植的技术路线整合胚胎移植的技术路线转基因动物受体动物子宫目的基因非手术非手术胚胎移植胚胎移植体外受精体外受精体外培养体外培养多细胞胚胎检测检测整合外源基因卵子受精卵或囊胚的胚胎精子优点:受精卵的成活率高达优点:受精卵的成活率高达90以上,外源基因整合率以上,外源基因整合率高,提高受孕率。高,提高受孕率。现在学习的是第12页,共58页转基因动物的技术路线(续)转基因动物的技术路线(续)w核移植(克隆)的技术路线核移植(克隆)的技术路线目的基因转基因动物导入导入动物胎儿成纤维细胞妊娠妊娠取核取核
7、动物去核去核重组的体外培养体外培养囊胚期胚胎移植胚胎移植卵细胞受精卵胚胎受体动物子宫w特点:体细胞核移植;核移植前导入目的基因。特点:体细胞核移植;核移植前导入目的基因。现在学习的是第13页,共58页转基因动物的技术路线(续)转基因动物的技术路线(续)w整合卵受精的技术路线:整合卵受精的技术路线:目的基因转基因动物导入导入逆转录病毒妊娠妊娠精子感染感染体外受精体外受精胚胎移植胚胎移植卵母细胞成熟卵细胞囊胚受体动物子宫特点:卵母细胞导入目的基因后再与精子受精。现在学习的是第14页,共58页四四转基因动物的制作方法转基因动物的制作方法1、受精卵雄原核显微注射法、受精卵雄原核显微注射法2、胚胎干细胞
8、(、胚胎干细胞(ES细胞)法细胞)法3、逆转录病毒感染法、逆转录病毒感染法4、体细胞核移植法、体细胞核移植法5、精子载体法、精子载体法6、YAC法法现在学习的是第15页,共58页1、雄原核显微注射法、雄原核显微注射法以单细胞受精卵为靶细胞,利用显微注射技术将以单细胞受精卵为靶细胞,利用显微注射技术将构建好的载体构建好的载体DNA直接注射入受精卵的原核,再将直接注射入受精卵的原核,再将接受注射的受精卵移入假孕母体输卵管继续发育获接受注射的受精卵移入假孕母体输卵管继续发育获得转基因动物个体。得转基因动物个体。目前应用较广泛,最早最经典的方法。目前应用较广泛,最早最经典的方法。现在学习的是第16页,
9、共58页这一方法的实验程序如下:这一方法的实验程序如下:(1)准备假孕母鼠(养母)准备假孕母鼠(养母)(2)受精卵的准备)受精卵的准备(3)基因导入)基因导入(4)胚胎移植)胚胎移植(5)对幼鼠的鉴定)对幼鼠的鉴定现在学习的是第17页,共58页TimingofPre-Implantationevents现在学习的是第18页,共58页OviductTransfers现在学习的是第19页,共58页优点:优点:w外源外源DNA大小基本不受限制(大小基本不受限制(1-50kb);导入过程直观;);导入过程直观;w整合率高整合率高缺点:缺点:w设备昂贵、环节较多设备昂贵、环节较多w对操作人员有较高的技术
10、要求对操作人员有较高的技术要求w低效率(尤其是大家畜)低效率(尤其是大家畜)w对卵子伤害大,胚胎存活率低对卵子伤害大,胚胎存活率低w基因整合随机性基因整合随机性w转基因沉默转基因沉默现在学习的是第20页,共58页2、胚胎干细胞(、胚胎干细胞(ES细胞)法细胞)法ES细胞是早期胚胎的内细胞团经过体外培养建立起来的多潜能细胞是早期胚胎的内细胞团经过体外培养建立起来的多潜能细胞系。细胞系。将携带有外源基因的将携带有外源基因的ES细胞注入到动物的早期胚胎内,可产生嵌合体细胞注入到动物的早期胚胎内,可产生嵌合体及转基因动物。及转基因动物。它本身是二倍体,能在体外培养,具有高度的全能性,可以形成包它本身是
11、二倍体,能在体外培养,具有高度的全能性,可以形成包括生殖细胞在内的所有组织,并且在不同的培养条件下表现出不同括生殖细胞在内的所有组织,并且在不同的培养条件下表现出不同的功能状态。的功能状态。在在ES细胞上的基因操作:细胞上的基因操作:可以通过逆转录病毒感染、脂质体介导、电穿孔、磷酸钙共沉淀可以通过逆转录病毒感染、脂质体介导、电穿孔、磷酸钙共沉淀等方法将外源基因导入等方法将外源基因导入ES细胞。细胞。因此,借用因此,借用ES细胞系可将人们企望的某种不完整的、无功能基因直接细胞系可将人们企望的某种不完整的、无功能基因直接引入到引入到ES细胞中,通过细胞增殖、筛选可得到丧失了某种基因功能的动物细胞中
12、,通过细胞增殖、筛选可得到丧失了某种基因功能的动物后代。后代。现在学习的是第21页,共58页GeneratingESCells现在学习的是第22页,共58页现在学习的是第23页,共58页RetrievalofBlastocysts现在学习的是第24页,共58页InjectionofEScellsintoblastocysts现在学习的是第25页,共58页优点:优点:w外源基因整合情况的可控性高。外源基因整合情况的可控性高。w可预先在细胞水平检测外源基因的拷贝数、定位、表达可预先在细胞水平检测外源基因的拷贝数、定位、表达的水平及插入的稳定性。的水平及插入的稳定性。w外源基因导入外源基因导入ES细
13、胞的方法多样,细胞鉴定及筛选方便。细胞的方法多样,细胞鉴定及筛选方便。缺点:缺点:wES细胞系建立及培养困难细胞系建立及培养困难w维持维持ES细胞的未分化及多向分化潜能不易细胞的未分化及多向分化潜能不易w所得个体为嵌合体所得个体为嵌合体目前,胚胎干细胞介导法在小鼠上应用比较成熟,在大动物上应用目前,胚胎干细胞介导法在小鼠上应用比较成熟,在大动物上应用较晚。较晚。现在学习的是第26页,共58页五五转基因动物的特性转基因动物的特性整整合合拷拷贝贝数数1-100左左右右,多多拷拷贝贝常常以以首首尾尾相相连连接接的的形形式存在。式存在。整合是随机的。整合是随机的。整合是稳定的,可以传给子代。整合是稳定
14、的,可以传给子代。外源基因可以在一种组织或多种组织中表达。外源基因可以在一种组织或多种组织中表达。少数外源基因两侧序列有重排现象。少数外源基因两侧序列有重排现象。基因表达强弱与拷贝数无关,与基因表达强弱与拷贝数无关,与“位置效应位置效应”有关。有关。现在学习的是第27页,共58页六六转基因动物的意义转基因动物的意义转基因动物是在单细胞基因转染技术的基础上发展起来的。转基因动物是在单细胞基因转染技术的基础上发展起来的。而许而许多基因的表达是无法通过转染的方法来研究:多基因的表达是无法通过转染的方法来研究:基因表达有时空与组织的特异性;基因表达有时空与组织的特异性;外源基因的表达受特异性有关顺式作
15、用序列的调控;外源基因的表达受特异性有关顺式作用序列的调控;因此,只因此,只有通过转基因的动物才有可能研究基因的表达、调控及基因之间有通过转基因的动物才有可能研究基因的表达、调控及基因之间的相互作用。的相互作用。进进行行功功能能基基因因组组学学的的研研究究,研研究究外外源源基基因因在在动动物物整整体体水水平平的表现调控规律。的表现调控规律。转基因动物疾病模型可用来进行疾病发病学和治疗性研究。转基因动物疾病模型可用来进行疾病发病学和治疗性研究。也可改变动物基因使其表现型更适合人类需要。也可改变动物基因使其表现型更适合人类需要。还可以用转基因动物生产一些人类所需的生物活性物质。还可以用转基因动物生
16、产一些人类所需的生物活性物质。现在学习的是第28页,共58页免疫缺陷动物免疫缺陷动物(Immunodeficientanimal)(一)定义:(一)定义:是是指指由由于于先先天天性性遗遗传传突突变变或或用用人人工工方方法法,造造成成一一种种或或多种免疫系统组成成分缺陷的动物。多种免疫系统组成成分缺陷的动物。(二)分类:(二)分类:1、先天性免疫缺陷动物:、先天性免疫缺陷动物:a.T淋巴细胞功能缺陷动物:裸小鼠,裸大鼠淋巴细胞功能缺陷动物:裸小鼠,裸大鼠b.B淋巴细胞功能缺陷动物:淋巴细胞功能缺陷动物:CBA/N小鼠小鼠c.NK细胞功能缺陷动物:细胞功能缺陷动物:Beige小鼠小鼠d.联合免疫缺
17、陷动物:联合免疫缺陷动物:SCID小鼠等小鼠等2、获得性免疫缺陷动物:猴、小鼠、猫等、获得性免疫缺陷动物:猴、小鼠、猫等AIDS模型模型现在学习的是第29页,共58页(三)裸小鼠(三)裸小鼠(NudeMice)现在学习的是第30页,共58页1、发现与发展、发现与发展1962年年英英国国格格拉拉斯斯哥哥医医院院Grist在在非非近近交交系系的的小小鼠鼠中中偶偶然然发发现现有个别小鼠无毛。有个别小鼠无毛。1966年证实是由于第年证实是由于第11对染色体基因突变所致。对染色体基因突变所致。1968年,年,Pantelouris解剖发现裸鼠失去了正常的胸腺。解剖发现裸鼠失去了正常的胸腺。由于裸鼠原种抵
18、抗力差,生育力低,寿命短,不能用于由于裸鼠原种抵抗力差,生育力低,寿命短,不能用于实际。和纯系实际。和纯系BALB/C,C3H,C57BL/6小鼠交配,不断小鼠交配,不断选育,获得了三种近交系鼠(选育,获得了三种近交系鼠(InbredNudeMice)新种。)新种。1969年年Rygaard首先将人结肠腺癌移植裸小鼠获得成功。首先将人结肠腺癌移植裸小鼠获得成功。裸鼠自发现以来,广泛应用于肿瘤学、免疫学和病毒学等多裸鼠自发现以来,广泛应用于肿瘤学、免疫学和病毒学等多个学科的研究。个学科的研究。现在学习的是第31页,共58页2、生物学特点、生物学特点(1)一般特点)一般特点w纯纯合合子子突突变变裸
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