基因工程及其應(yīng)用3

基因工程及應(yīng)用

隨著社會的發(fā)展，人們的需求越來越趨于多樣化，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)主要通過自然選育來挑選已發(fā)生自發(fā)突變的新變種；通過用物化因子（如輻射、藥物處理等）來進行人工誘變，得到所需的性狀；通過細(xì)胞雜交使得某種突變性狀得以顯現(xiàn)，從而尋找新類型。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染色體而獨立進行復(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，遠緣雜交難以實現(xiàn)。人們強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。解決這些問題，必需依賴于生命科技甚至整個科學(xué)技術(shù)的革命.

在上世紀(jì)中下葉，科學(xué)進步的機遇終于到來，這就是分子生物學(xué)理論的創(chuàng)立和突破性進展，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)，指在體外將不同來源的DNA進行剪切和重組，形成雜合DNA或稱嵌合DNA分子，然后將其導(dǎo)入特定的宿主細(xì)胞，得到大量擴增和表達，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?，或稱遺傳工程，興起于20世紀(jì)70年代。人類實現(xiàn)對基因進行自如地操作、轉(zhuǎn)移和改造的理想，是在核酸限制性內(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，可以自由地進入細(xì)菌細(xì)胞，還能獨立自主地復(fù)制，具有一套與細(xì)胞核染色體相對獨立的遺傳信息?；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”已成為一項重要研究課題，實驗證明，生物固氮是某些微生物（如根瘤菌、藍藻等）將空氣中的N2固定為NH3的過程。（1）與人工合成NH3所需的高溫、高壓條件相比，生物固氮的順利進行是因為根瘤菌、藍藻體內(nèi)含有特定的

，這類物質(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，通過基因工程方法轉(zhuǎn)移到水稻植株細(xì)胞中，經(jīng)檢測，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寫出水稻細(xì)胞中固氮基因得到表達的反應(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，因而其價格昂貴，平民百姓用不起。但美國有一家公司用遺傳工程方法合成了價格低廉、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

。（2）酵母菌能用

方式繁殖，速度很快，所以，能在較短的時間內(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”，其實是兩種不同的酶，它們都只能在DNA的一定位置進行剪切和粘接，說明它們具有

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

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

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

原核專一性基因重組遺傳密碼相對的獨立性4、“人類基因組計劃”的研究工作已經(jīng)歷時10年，投資近百億美元。一開始它是一項“國際參與，免費分享”的國際合作研究項目，現(xiàn)在由于其潛在的巨大經(jīng)濟價值，使得它還未完成時，爭搶就已經(jīng)開始，而且愈演愈烈的趨勢。起步本已較晚的我國生物科技人員還面臨著經(jīng)費嚴(yán)重不足等巨大困難，但是他們說：“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，我們再也不能讓我們的子孫后代在這個領(lǐng)域付出代價！”當(dāng)該課題組的楊煥明、汪鍵在沒有研究經(jīng)費的情況下找袁隆平幫忙時，袁隆平爽快地道：“拿合同來”。（1）從細(xì)胞學(xué)上講，基因的載體是

其排列特點是

。（2）文中的“基因序列”指

，因為它代表控制生命活動的全套

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

編碼。（4）文中袁隆平是我國的

專家，他使用的方法主要是