生物：13《基因工程的應用》課件2(新人教版選修3)

基因工程的應用專題１基因工程一、植物基因工程碩果累累植物基因工程技術(shù)主要用于:1、提高農(nóng)作物的抗逆能力2、以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)3、利用植物生產(chǎn)藥物等方面.(一)抗蟲轉(zhuǎn)基因植物1.蟲害給農(nóng)作物帶來了哪些影響?

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)如何防治害蟲?有哪些不足?2.現(xiàn)在已有哪些抗蟲植物問世?3.抗蟲基因Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等請閱讀P18生物資料技術(shù)卡,了解一些抗蟲基因的抗蟲機理。4.抗蟲棉的目的基因是什么?目的基因從何而來?5.我國的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉取得了哪些進展?（二）抗病轉(zhuǎn)基因植物1.什么是病原微生物？有哪些種類？引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和細菌等2.為什么說常規(guī)育種很難培育出抗病毒的新品種？3.在抗病轉(zhuǎn)基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外殼蛋白（coatprotein，CP）基因；病毒的復制酶基因拓展：在抗病毒轉(zhuǎn)基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？關(guān)于病毒外殼蛋白基因(CP基因)導入植物后的抗病毒機理，目前有幾種假說。一種假說認為：CP基因在植物細胞內(nèi)表達積累后，當入侵的病毒裸露核酸進入植物細胞后，會立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復制和翻譯。另一種假說認為：植物細胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細胞染色體上，轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此，有人認為抗性機理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉(zhuǎn)錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。3.在抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中使用什么基因？幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因（三）其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物1.哪些環(huán)境條件會造成農(nóng)作物低產(chǎn)、減產(chǎn)？鹽堿、干旱、低溫和澇害等2.鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)？細胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因？調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因3.轉(zhuǎn)基因耐寒的煙草和番茄中哪種目的基因提高了其抗寒能力？目的基因從何而來？魚的抗凍蛋白基因4.抗除草劑基因有何用途？噴灑除草劑時，殺死田間的雜草而不損傷作物含大量維生素的轉(zhuǎn)基因玉米抗癌抗衰老的紫色西紅柿（四）利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)（四）利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)人體（或其它脊椎動物）必不可少，而機體內(nèi)又不能合成的，必須從食物中補充的氨基酸，稱必需氨基酸。必需氨基酸共有８種：賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸。如果飲食中經(jīng)常缺少必需氨基酸，可影響健康。另外12種氨基酸是人體細胞能夠合成的叫做非必需氨基酸。如何用轉(zhuǎn)基因的方法加以改良？將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参锔淖儽匦璋被岷铣赏緩街心撤N關(guān)鍵酶的活性轉(zhuǎn)基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果實成熟的基因轉(zhuǎn)基因矮牽牛的目的基因是什么？與植物花青素代謝有關(guān)的基因異想天開二、動物基因工程前景廣闊（一）用于提高動物生長速度——動物品種改良、建立生物反應器、器官移植等導入外源生長激素基因（二）用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)舉例說明將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。（三）用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物設問:就基因藥物而言，最理想的表達場所是哪里？轉(zhuǎn)基因動物的乳腺。

（1）乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內(nèi)循環(huán)，不會影響轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應。（2）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。

設問:為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導入哺乳動物的受精卵中，將受精卵送入母體，使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后，可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱為乳腺生物反應器或乳房生物反應器。乳腺生物反應器乳腺生物反應器的優(yōu)點：①產(chǎn)量高；②質(zhì)量好；③成本低；④易提取。①獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）②構(gòu)建基因表達載體（在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子）③顯微注射導入哺乳動物受精卵中④形成胚胎⑤將胚胎送入母體動物⑥發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達）。思考:用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應器的操作過程是怎樣的？繼哺乳動物乳腺發(fā)生器研發(fā)成功后，膀胱生物發(fā)生器的研究也取得了一定進展。最近，科學家培養(yǎng)出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。請回答：（1）將人的生長激素基因?qū)胄∈笫荏w細胞，常用方法是___________。（2）進行基因轉(zhuǎn)移時，通常要將外源基因轉(zhuǎn)入_______中，原因是_____________。（3）通常采用___技術(shù)檢測外源基因是否插入了小鼠的基因組（4）在研制膀胱生物反應器時，應使外源基因在小鼠的_____細胞中特異表達。（5）膀胱生物發(fā)生器比乳腺生物反應器有什么優(yōu)點？顯微注射法受精卵具全能性，可使外源基因在相應的組織細胞中表達不受性別和發(fā)育時期的限制DNA雜交膀胱上皮細胞（四）用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體利用基因工程對豬的器官進行改造方法：將器官供體基因組導入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達或設法除去抗原決定基因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官1.在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素等直接從生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提?。繌纳锏慕M織、細胞或血液中提取。2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點:由于受原料來源的限制，價格十分昂貴。三、基因工程藥品異軍突起3.可利用什么方法來解決上述問題？利用基因工程方法制造轉(zhuǎn)基因的工程菌，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表達的菌類細胞株系?；蚬こ趟幤钒ǎ杭毎蜃樱戳馨鸵蜃尤绨准毎樗亍?、干擾素）、抗體、疫苗、激素等

胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價格昂貴，遠不能滿足社會需要。1979年，科學家將動物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內(nèi)實現(xiàn)了表達。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場，售價降低了30%－50%?；蚬こ趟幤贰?/p>

胰島素

治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素?，F(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當于6萬具尸體的全部產(chǎn)量?；蚬こ趟幤贰?/p>

生長激素干擾素是動物或人體細胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對治療癌癥和某些白血病也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980－1982年，科學家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內(nèi)獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場。基因工程藥品——

干擾素利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達載體后導入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。有以下優(yōu)越性：（1）利用活細胞作為表達系統(tǒng)，表達效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。（3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。1、基因治療概念：四、基因治療曙光初照

把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，是治療遺傳病的最有效的手段。（把特定的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，從而達到治療疾病的目的）2、實例：

將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細胞中，再將這種淋巴細胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。(1)對嚴重復合型免疫缺陷癥的治療3、基因治療的類型體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種細胞，進行培養(yǎng)，然后在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細胞中轉(zhuǎn)移的治病方法。（如將治療囊性纖維病的正?；蜣D(zhuǎn)入患者肺組織）4、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處