生物基因工程的應(yīng)用經(jīng)典

生物基因工程的應(yīng)用經(jīng)典第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一鞏固練習(xí):1.人們常選用的細(xì)菌質(zhì)粒分子往往帶有一個(gè)抗生素抗性基因,該抗性基因的主要作用是()A.提高受體細(xì)胞在自然環(huán)境中的耐藥性B.有利于對目的基因是否導(dǎo)入進(jìn)行檢測C.增加質(zhì)粒分子的分子量D.便于與外源基因連接2.在遺傳工程技術(shù)中,限制性內(nèi)切酶主要用于()A.目的基因的提取和導(dǎo)入B.目的基因的提取和檢測C.目的基因與載體的結(jié)合和導(dǎo)入D.目的基因的提取與載體結(jié)合BD第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一3.在遺傳工程技術(shù)中,下列何種目的基因一般以直接分離的方法獲得()A.人的胰島素基因B.蠶的蠶絲蛋白基因C.芽孢桿菌的抗蟲基因D.菜豆儲藏蛋白基因4.1976年,美國的科學(xué)家首次將人的生長抑制素釋放因子的基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌,并獲得了表達(dá),此文中的表達(dá)是指該基因在大腸桿菌()A.能進(jìn)行DNA復(fù)制B.能傳遞給細(xì)菌后代C.能合成生長抑制素釋放因子D.能合成人的生長素CC第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一5.基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的,在基因操作的基本步驟中,不進(jìn)行減基互補(bǔ)配對的步驟是()A.人工合成目的基因B.目的基因與載體結(jié)合C.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞D.目的基因的檢測和表達(dá)C第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一基因工程的應(yīng)用專題１基因工程學(xué)習(xí)目標(biāo)1、舉例說出植物基因工程的成果2、舉例說出動物基因工程的成果3、舉例說出基因工程藥品4、概括出基因治療的原理及過程5、說出基因芯片的概念第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一一、植物基因工程碩果累累哪些轉(zhuǎn)基因作物已進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用階段?轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、棉花和油菜大豆63%，玉米19%，棉花13%，油菜5%轉(zhuǎn)基因植物的研究、開發(fā)和應(yīng)用標(biāo)志著農(nóng)業(yè)技術(shù)革命的以在一些國家展開。我國轉(zhuǎn)基因作物的種植面積位居世界第四。第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一植物基因工程技術(shù)主要用于哪些方面?提高農(nóng)作物的

能力（如

、

、

、

和

等）,以及改良農(nóng)作物的

和利用植物生產(chǎn)

等方面.(1)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.主要應(yīng)用于殺蟲的基因有哪些？閱讀課本P17（一）提高抗逆能力第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一（1）抗蟲轉(zhuǎn)基因植物優(yōu)點(diǎn)：減少環(huán)境污染對人類健康的損害、減低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量例子：棉花、水稻、玉米、馬鈴薯、番茄等等主要?dú)⑾x基因：

Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等典型例子：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉——Bt毒蛋白基因

請閱讀P18生物資料技術(shù)卡,了解一些抗蟲基因的抗蟲機(jī)理。思考：抗蟲棉的目的基因是什么?目的基因從何而來?

我國的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉取得了哪些進(jìn)展?第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一現(xiàn)有儲備蘇云金桿菌的Bt毒蛋白基因的cDNA文庫。簡述培育抗蟲棉的操作過程。①用限制酶從cDNA文庫中獲取Bt毒蛋白基因；②將Bt毒蛋白基因插入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的T-DNA,構(gòu)建基因表達(dá)載體；③通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導(dǎo)入棉花受體細(xì)胞；④檢測篩選出成功轉(zhuǎn)化的棉花細(xì)胞；⑤通過植物組織培養(yǎng)形成抗蟲棉植株。第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一（2）抗病轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯特點(diǎn)：

導(dǎo)入另一種生物的優(yōu)良性狀基因，獲得新性狀抵抗惡劣環(huán)境因素，從根本上改變作物的遺傳特性。第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一（2）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(xì)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(fù)制酶基因；抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中可使用的基因有幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一拓展：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(dǎo)入植物后的抗病毒機(jī)理，目前有幾種假說。一種假說認(rèn)為：CP基因在植物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)積累后，當(dāng)入侵的病毒裸露核酸進(jìn)入植物細(xì)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(fù)制和翻譯。另一種假說認(rèn)為：植物細(xì)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(xì)胞染色體上，轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此，有人認(rèn)為抗性機(jī)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。第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一（3）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(xì)胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)3.在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因？調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因

第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一4.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

第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一5.抗除草劑基因有何用途？噴灑除草劑時(shí)，殺死田間的雜草而不損傷作物第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一1.為什么我們要改良植物的品質(zhì)？2.什么是必需氨基酸？有哪些種類？（二）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(jī)體內(nèi)又不能合成的，必須從食物中補(bǔ)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。（嬰兒體內(nèi)多一種組氨酸）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(xì)胞能夠合成的叫做非必需氨基酸。食物營養(yǎng)成分不平衡第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？（課本例子）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)鍵酶的活性不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆第17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果實(shí)成熟的基因番茄富含維生素，但不耐儲存。第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一轉(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)的基因優(yōu)點(diǎn)：提高花卉的觀賞價(jià)值第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一異想天開第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一植物基因工程的應(yīng)用抗蟲(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)抗病毒(外殼蛋白基因、病毒復(fù)制酶基因)抗真菌(幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因)抗干旱、抗鹽堿(調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因)抗寒(抗凍蛋白基因)抗除草劑(抗除草劑基因)提高營養(yǎng)價(jià)值；延熟－使耐儲存；提高觀賞價(jià)值；1、提高抗性：2、改良品種：抗逆性品種

高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質(zhì)的品種第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一二、動物基因工程前景廣闊特點(diǎn)：發(fā)展較遲，應(yīng)用方面廣1、提高生長速度2、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)3、生產(chǎn)藥物4、作為器官移植的供體應(yīng)用前景：第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一1.用于提高動物生長速度原因：外源生長激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動物生長更快轉(zhuǎn)基因鯉魚

將人的生長激素基因和牛的生長素基因分別注射到小白鼠受精卵中，得到的“超級小鼠”。第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：避免食物過敏、腹瀉、惡心等不適

將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，獲得轉(zhuǎn)基因牛的乳汁，降低乳糖含量，而其他的營養(yǎng)成分不受影響。第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一3.用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物（重點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn)：

產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取方法：

乳腺生物反應(yīng)器注意：

雌性個(gè)體才能生產(chǎn)藥物

基因工程藥品包括：細(xì)胞因子（即淋巴因子如白細(xì)胞介素—2、干擾素）、抗體、疫苗、激素等第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一★為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場所呢？⑴乳腺是一個(gè)外分泌器官，乳汁不進(jìn)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(yīng)。⑵從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)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。⑶從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時(shí)，轉(zhuǎn)基因動物又可無限繁殖。第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一①獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）②構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動子）③顯微注射導(dǎo)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(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）。思考:用基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的？第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一4.用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體主要難題是克服免疫排斥方法：將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)或設(shè)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(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官利用基因工程對豬的器官進(jìn)行改造－抑制或清除抗原決定基因消除異種器官供體的免疫排斥反應(yīng)第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一將目的基因?qū)氲絼游锏氖芫牙铮康幕蛉襞c受精卵染色體DNA整合，細(xì)胞分裂時(shí)，該基因隨染色體的倍增而倍增，使每個(gè)細(xì)胞中都帶有目的基因，使性狀得以表達(dá)，并穩(wěn)定地遺傳給后代，從而獲得基因產(chǎn)品。這樣一種新的個(gè)體，稱為轉(zhuǎn)基因動物?？偨Y(jié)：什么叫轉(zhuǎn)基因動物？基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用主要是什么？繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物。該過程的重要步驟是通過感染或顯微注射技術(shù)將重組DNA轉(zhuǎn)移到動物受精卵中。第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一簡述培育可以生產(chǎn)乙肝疫苗(乙肝病毒表面抗原)的轉(zhuǎn)基因牛的方法步驟。①用限制酶從乙肝病毒DNA中獲取表面抗原基因;②將抗原基因和乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件同時(shí)插入質(zhì)粒，構(gòu)建基因表達(dá)載體；③通過顯微注射的方法導(dǎo)入牛的受精卵；④檢測篩選出成功轉(zhuǎn)化的受精卵,培養(yǎng)成胚胎；⑤將胚胎植入代孕母牛,使其生長發(fā)育轉(zhuǎn)基因牛.第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一青島森淼實(shí)業(yè)有限公司

第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一1.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)中提取？從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取。2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點(diǎn):由于受原料來源的限制，價(jià)格十分昂貴。三、基因工程藥品異軍突起第一基因工程藥物是重組人胰島素第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一3.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(dá)的菌類細(xì)胞株系?；蚬こ趟幤钒ǎ杭?xì)胞因子（即淋巴因子如白細(xì)胞介素—2、干擾素）、抗體、疫苗、激素等

這些藥物可以預(yù)防和治療哪些疾?。慷加心男┑鞍踪|(zhì)類的基因工程藥物？P22表格第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一用工程酵母菌生產(chǎn)乙肝疫苗(乙肝病毒表面抗原)

①用限制酶從乙肝病毒基因文庫中獲取抗原蛋白基因;②將抗原蛋白基因插入質(zhì)粒，構(gòu)建基因表達(dá)載體；③用Ca+處理酵母菌使之成為感受態(tài)細(xì)胞，將重組質(zhì)粒導(dǎo)入酵母菌；④檢測篩選出成功轉(zhuǎn)化的酵母菌，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一基因工程藥品——生長激素

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(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價(jià)格降低了30%-50%!基因工程藥品——胰島素第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2DNA質(zhì)粒細(xì)菌細(xì)胞DNA人體細(xì)胞胰島素基因限制酶限制酶胰島素利用生物工程獲得胰島素1第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一

干擾素是病毒侵入細(xì)胞后產(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。此外干擾素對治療某些癌癥和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(xì)胞內(nèi)提取基因工程藥品——干擾素第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一

從人血中提取干擾素，300L血才提取1mg！

通過基因工程的方式創(chuàng)造了能合成人干擾素的大腸桿菌，每1Kg的培養(yǎng)液可提取20—40mg干擾素人造血液及其生產(chǎn)基因工程藥品——干擾素第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一基因診斷：

也稱為DNA診斷或基因探針技術(shù)，即在DNA水平分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進(jìn)行診斷。探針制備：放射性同位素(如32P)、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子；原理：利用DNA分子雜交原理；三、基因治療曙光初照第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一基因探針：

基因探針就是一段與目的基因或DNA互補(bǔ)的特異核苷酸序列。它包括整個(gè)基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之轉(zhuǎn)錄而來的RNA。第41頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一DNA分子雜交原理：DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。其基本原理是：互補(bǔ)的DNA單鏈能夠在一定條件下結(jié)合成雙鏈，即能夠進(jìn)行雜交。這種結(jié)合是特異的，即嚴(yán)格按照堿基互補(bǔ)配對進(jìn)行。因此，當(dāng)用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被測基因進(jìn)行接觸，若兩者的堿基完全配對成雙鏈，則表明被測基因中含有已知的基因序列。第42頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一基因診斷技術(shù)在什么方面發(fā)展迅速？

在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展迅速。目前已經(jīng)可以對幾十種遺傳病進(jìn)行產(chǎn)前診斷。1）β—珠蛋白的DNA探針→鐮刀狀細(xì)胞貧血癥

2）苯丙氨酸羧化酶基因探針→苯丙酮尿癥

3）白血病患者細(xì)胞中分離出的癌基因制備的DNA探針→白血病舉例第4