基因工程及其應(yīng)用3

基因工程及應(yīng)用

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的需求越來(lái)越趨于多樣化，人們希望按照自己的意圖改變物種的基因，以期獲得新的性狀、得到新的生物產(chǎn)品。經(jīng)典遺傳學(xué)主要通過(guò)自然選育來(lái)挑選已發(fā)生自發(fā)突變的新變種；通過(guò)用物化因子（如輻射、藥物處理等）來(lái)進(jìn)行人工誘變，得到所需的性狀；通過(guò)細(xì)胞雜交使得某種突變性狀得以顯現(xiàn)，從而尋找新類(lèi)型。但所有這些，都具有相當(dāng)大的偶然性，效率不高，難以真正看到基因。由于經(jīng)典遺傳學(xué)所研究的基因不能離開(kāi)染色體而獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制，所以基因拷貝數(shù)的增加是有限的；由于染色體減數(shù)分裂受同源性的支配，遠(yuǎn)緣雜交難以實(shí)現(xiàn)。人們強(qiáng)烈希望新的育種方式出現(xiàn)。在疾病防治方面，有許多嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康的病癥，如遺傳性疾病、心血管病、惡性腫瘤、免疫系統(tǒng)疾病等，病因還不太清楚。解決這些問(wèn)題，必需依賴(lài)于生命科技甚至整個(gè)科學(xué)技術(shù)的革命.

在上世紀(jì)中下葉，科學(xué)進(jìn)步的機(jī)遇終于到來(lái)，這就是分子生物學(xué)理論的創(chuàng)立和突破性進(jìn)展，特別是基因工程（遺傳工程）-----DNA體外重組技術(shù)的出現(xiàn)。一、基因工程的基本內(nèi)容

基因工程，確切地講就是重組DNA技術(shù)，指在體外將不同來(lái)源的DNA進(jìn)行剪切和重組，形成雜合DNA或稱(chēng)嵌合DNA分子，然后將其導(dǎo)入特定的宿主細(xì)胞，得到大量擴(kuò)增和表達(dá)，使宿主細(xì)胞獲得新的遺傳特性，產(chǎn)生新的基因產(chǎn)物?；蚬こ蹋蚍Q(chēng)遺傳工程，興起于20世紀(jì)70年代。人類(lèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)基因進(jìn)行自如地操作、轉(zhuǎn)移和改造的理想，是在核酸限制性?xún)?nèi)切酶、載體質(zhì)粒、連接酶和其它修飾酶被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)以后。在此基礎(chǔ)上，核酸和蛋白質(zhì)序列測(cè)定、基因體外快速突變、DNA的人工合成等，則使得基因工程逐漸成熟和發(fā)展。二、基因工程的基本程序質(zhì)粒：環(huán)狀DNA分子，它的分子量較小，可以自由地進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞，還能獨(dú)立自主地復(fù)制，具有一套與細(xì)胞核染色體相對(duì)獨(dú)立的遺傳信息?；蚬こ痰幕境绦蚴牵海?）獲得目的基因（外源DNA片段）（2）將目的基因連接到載體上，得雜化載體；（3）將雜化載體（環(huán)狀的DNA）引入宿主細(xì)胞（受體細(xì)胞），使目的基因及載體上其它基因得以轉(zhuǎn)錄和翻譯。載體質(zhì)粒外源DNA片段外源DNA插入剪切引入宿主細(xì)胞選出含有重組DNA的細(xì)胞擴(kuò)增abbAAb

例題解析1、

農(nóng)業(yè)上大量使用化肥存在許多負(fù)面影響，“生物固氮”已成為一項(xiàng)重要研究課題，實(shí)驗(yàn)證明，生物固氮是某些微生物（如根瘤菌、藍(lán)藻等）將空氣中的N2固定為NH3的過(guò)程。（1）與人工合成NH3所需的高溫、高壓條件相比，生物固氮的順利進(jìn)行是因?yàn)楦鼍?、藍(lán)藻體內(nèi)含有特定的

，這類(lèi)物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)是

。（2）人們正在著力研究轉(zhuǎn)基因固氮植物（如固氮水稻、固氮小麥等），某科學(xué)家將根瘤菌、細(xì)胞中的固氮基因，通過(guò)基因工程方法轉(zhuǎn)移到水稻植株細(xì)胞中，經(jīng)檢測(cè)，轉(zhuǎn)基因水稻具備了固氮功能。據(jù)上述材料分析：①固氮基因已經(jīng)整合到水稻細(xì)胞的

中。②寫(xiě)出水稻細(xì)胞中固氮基因得到表達(dá)的反應(yīng)式。酶蛋白質(zhì)DNA

轉(zhuǎn)錄翻譯

DNA（固氮基因）RNA蛋白質(zhì)2、干擾素是治療癌癥的重要物質(zhì)，人血液中每升只能提取0.05μg干擾素，因而其價(jià)格昂貴，平民百姓用不起。但美國(guó)有一家公司用遺傳工程方法合成了價(jià)格低廉、藥性一樣的干擾素，其具體做法是：（1）從人的淋巴細(xì)胞中提取能指導(dǎo)干擾素合成的

，并使之與一種叫做質(zhì)粒的DNA結(jié)合，然后移植到酵母菌內(nèi)，從而用酵母菌來(lái)

。（2）酵母菌能用

方式繁殖，速度很快，所以，能在較短的時(shí)間內(nèi)大量生產(chǎn)

。利用這種方法不僅產(chǎn)量高，并且成本也較低。基因產(chǎn)生干擾素出芽干擾素3、細(xì)菌通常是具有雙鏈環(huán)狀DNA的單細(xì)胞生物?，F(xiàn)有甲、乙兩種細(xì)菌，基因型分別是abd和ABD，通過(guò)基因工程使甲細(xì)菌后代產(chǎn)生出乙細(xì)菌B基因所控制的產(chǎn)物，具體過(guò)程如圖所示，試據(jù)圖回答。（1）從細(xì)胞的結(jié)構(gòu)看，細(xì)菌屬于

生物。（2）圖中剪切DNA的“剪刀”和粘接DNA的“膠水”，其實(shí)是兩種不同的酶，它們都只能在DNA的一定位置進(jìn)行剪切和粘接，說(shuō)明它們具有

的特點(diǎn)。（3）新細(xì)菌與甲、乙細(xì)菌的表現(xiàn)都不同，從變異來(lái)源看，這是人工條件下的一種

。（4）假如B基因是來(lái)自人體細(xì)胞，則甲子代也可產(chǎn)生出相應(yīng)的人體物質(zhì)，這說(shuō)明在翻譯過(guò)程中，細(xì)菌和人類(lèi)共套

。（5）在DNA分子中“拼接”上某個(gè)基因或“切割”掉某個(gè)基因，并不影響各基因的功能，這說(shuō)明基因具有

原核專(zhuān)一性基因重組遺傳密碼相對(duì)的獨(dú)立性4、“人類(lèi)基因組計(jì)劃”的研究工作已經(jīng)歷時(shí)10年，投資近百億美元。一開(kāi)始它是一項(xiàng)“國(guó)際參與，免費(fèi)分享”的國(guó)際合作研究項(xiàng)目，現(xiàn)在由于其潛在的巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值，使得它還未完成時(shí)，爭(zhēng)搶就已經(jīng)開(kāi)始，而且愈演愈烈的趨勢(shì)。起步本已較晚的我國(guó)生物科技人員還面臨著經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足等巨大困難，但是他們說(shuō)：“我們的民族已經(jīng)在信息產(chǎn)業(yè)的上游-----軟件和硬件上受制于人，我們?cè)僖膊荒茏屛覀兊淖訉O后代在這個(gè)領(lǐng)域付出代價(jià)！”當(dāng)該課題組的楊煥明、汪鍵在沒(méi)有研究經(jīng)費(fèi)的情況下找袁隆平幫忙時(shí)，袁隆平爽快地道：“拿合同來(lái)”。（1）從細(xì)胞學(xué)上講，基因的載體是

其排列特點(diǎn)是

。（2）文中的“基因序列”指

，因?yàn)樗砜刂粕顒?dòng)的全套

，所以基因序列的測(cè)定對(duì)于探索生命奧秘意義重大：（3）“編碼基因”一詞中的“編碼”，是指為生命活動(dòng)的體現(xiàn)者

編碼。（4）文中袁隆平是我國(guó)的

專(zhuān)家，他使用的方法主要是