基因工程及其應用(公開課)

第二節(jié)基因工程及其應用第五章從雜交育種到基因工程基因工程及其應用(公開課)74745能產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌請你欣賞基因工程及其應用(公開課)74745超級小鼠與超級魚請你欣賞基因工程及其應用(公開課)74745能發(fā)光的水母不能發(fā)光的熱帶斑馬魚請你欣賞基因工程及其應用(公開課)74745基因工程請你欣賞基因工程及其應用(公開課)74745

又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。原理操作環(huán)境操作水平結(jié)果基因重組生物體外DNA分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。一、基因工程(geneengineering)基因工程及其應用(公開課)747451、基因的“剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶二、基因操作的工具專一性：識別特定核苷酸序列，在特定的切點切DNA，具特異性。并裂解磷酸二酯鍵，產(chǎn)生兩個黏性末端。

基因工程及其應用(公開課)74745黏性末端例：大腸桿菌的一種限制酶(EcoRⅠ)能識別

GAATTC序列，并在G和A之間切開。EcoRⅠ二、基因操作的工具基因工程及其應用(公開課)74745被同一種限制酶切斷的幾個DNA是否具有相同的黏性末端？思考:二、基因操作的工具基因工程及其應用(公開課)747452、基因的“針線”——DNA連接酶作用：將互補配對的兩個黏性末端連接起來，使之成為一個完整的DNA分子。連接的部位：生成磷酸二酯鍵DNA連接酶的作用部位：二、基因操作的工具基因工程及其應用(公開課)74745基因的針線：DNA連接酶

G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

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C

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AA

TT

C

GGC

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AA

AA

TT

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G用同種限制酶切割二、基因操作的工具基因工程及其應用(公開課)747453、基因的運輸工具——運載體標記基因，便于進行檢測。質(zhì)粒：存在于許多細菌和酵母菌等生物中,是細胞核（擬核）外能夠自主復制的很小的環(huán)狀DNA分子.

二、基因操作的工具常用的運載體：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等基因工程及其應用(公開課)74745作為運載體必須具備哪些條件？1）能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存。2）具多個限制酶切點，以便與外源基因連接。3）具有某些標記基因，便于進行篩選。如抗菌素的抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應的基因等。1、細胞染色體（或擬核DNA分子）外能自主復制的小型環(huán)狀DNA分子；2、質(zhì)粒的存在對宿主細胞無影響；3、質(zhì)粒的復制只能在宿主細胞內(nèi)完成。質(zhì)?？勺鳛橛泻翁攸c？二、基因操作的工具基因工程及其應用(公開課)74745從細胞中分離出DNA從大腸桿菌中提取質(zhì)粒提取目的基因限制酶目的基因與運載體結(jié)合DNA連接酶目的基因?qū)胧荏w細胞目的基因的表達與檢測三、基因操作的基本步驟基因工程及其應用(公開課)74745三、基因操作的基本步驟基因工程及其應用(公開課)747451）提取目的基因2）目的基因與運載體結(jié)合3）將目的基因?qū)胧荏w細胞4）目的基因的檢測和表達三、基因操作的基本步驟基因工程及其應用(公開課)74745目的基因的提取方法直接分離基因：人工合成基因：反轉(zhuǎn)錄法根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA鳥槍法三、基因操作的基本步驟基因工程及其應用(公開課)74745用限制酶切斷成許多片段⑴直接分離基因——鳥槍法

將供體細胞中的DNA用限制酶切割為許多片段，再用運載體將這些片段都運載到不同的受體細胞中去，讓這些DNA片段在受體細胞中擴增。從中找出含有目的基因細胞，并將含有目的基因的DNA片段分離出來。

該法最大的缺點是帶有很大的盲目性，工作量大。一般不適用于真核細胞的基因。三、基因操作的基本步驟基因工程及其應用(公開課)74745⑵人工合成基因法DNA合成儀②直接合成法：根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸順序推算出信使RNA核苷酸順序，再據(jù)此推算出基因DNA的脫氧核苷酸順序。用游離脫氧核苷酸直接合成相應的基因。①反轉(zhuǎn)錄法：以信使RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下將脫氧核苷酸合成合成DNA(基因)。三、基因操作的基本步驟基因工程及其應用(公開課)74745用與提取目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個切口，將目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互補配對后，在DNA連接酶的作用下連接形成重組DNA分子。目的基因與運載體結(jié)合目的基因與運載體結(jié)合的結(jié)果有三種可能：a、目的基因與目的基因結(jié)合，b、質(zhì)粒與質(zhì)粒結(jié)合，c、目的基因與質(zhì)粒結(jié)合。所以需要篩選。作用：將外源基因送入受體細胞三、基因操作的基本步驟基因工程及其應用(公開課)74745常用的受體細胞：目的基因?qū)胧荏w細胞大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動植物細胞等。主要借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑導入方式：三、基因操作的基本步驟基因工程及其應用(公開課)747451）將細菌用CaCl2處理，以增大細菌細胞壁的通透性。2）使含有目的基因的重組質(zhì)粒進入受體細胞。3）目的基因在受體細胞內(nèi)，隨其繁殖而復制，由于細菌繁殖的速度非?？欤诤芏痰臅r間內(nèi)就能獲得大量的目的基因。導入過程：運載體為質(zhì)粒，受體細胞為細菌三、基因操作的基本步驟基因工程及其應用(公開課)74745大量的受體細胞接受不多的目的基因。處理的受體細胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中檢測出來。將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中是否有目的基因的表達產(chǎn)物。淘汰無表達產(chǎn)物的菌落，保留有表達產(chǎn)物的進一步培養(yǎng)、研究。無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物有表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物目的基因的檢測和表達檢測：通過檢測標記基因的有無，來判斷目的基因是否導入。表達：通過特定性狀的產(chǎn)生與否來確定目的基因是否表達。三、基因操作的基本步驟基因工程及其應用(公開課)74745受體細胞攝入DNA分子后就說明目的基因完成了表達嗎？三、基因操作的基本步驟基因工程及其應用(公開課)74745

1、基因工程與作物育種轉(zhuǎn)入蘇云金桿菌的一個抗蟲基因，是中國目前最主要的轉(zhuǎn)基因作物轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745運用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動、植物。四、基因工程的應用生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)基因工程及其應用(公開課)74745導入貯藏蛋白基因的超級羊和超級小鼠導入人基因具特殊用途的豬和小鼠超級動物特殊動物四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物⑴基因工程藥品的生產(chǎn)許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應藥物成分的基因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)，讓它們產(chǎn)生相應的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。2、基因工程在醫(yī)學上的應用四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745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！使其價格降低了30%-50%!四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745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。干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745

基因工程人干擾素α-2b（安達芬），是我國第一個全國產(chǎn)業(yè)化基因工程。安達芬具有抗病毒，抑制腫瘤細胞增生，調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745其它基因工程藥物

人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。人造血液及其生產(chǎn)四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745⑵基因診斷與基因治療

診斷：用放射性同位素等標記的“DNA探針”檢測肝炎病毒等病毒感染及遺傳缺陷，不但準確而且迅速。我國研究人員正在制備用于基因治療的基因工程細胞

治療：把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，達到治療疾病的目的。四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745基因診斷——DNA探針

概念：是用已知序列的DNA或RNA片段作為探針與待測樣品的DNA或RNA序列進行核酸分子雜交，用于對待測核酸樣品中特定基因順序的探測，是基因診斷最基本的技術(shù)之一。

條件：（1）必須是單鏈；（2）帶有容易被檢測出來的標記物。

原理：DNA分子雜交（堿基互補配對）四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745基因診斷——生物芯片

從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標準圖譜；從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出病變圖譜通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息?；蛐酒\斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟、平行化、自動化等特點，將成為一項現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745基因治療用正常的基因取代或修補病人細胞中有缺陷的基因，從而達到治療疾病的目的四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745

1990年9月14日，安德森對一例患ADA缺乏癥的4歲女孩進行基因治療。這個4歲女孩由于遺傳基因有缺陷，自身不能生產(chǎn)ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在無菌的隔離帳里。他們將這個女孩的白血球進行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中。在以后的10個月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療，同時也接受酶治療。后來，她的免疫功能日趨健全，能夠走出隔離帳，過上了正常人的生活，并進入普通小學上學。四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745取患者骨髓分離干細胞病毒正常基因?qū)胝；虻母杉毎⑷牖颊唧w內(nèi)基因工程及其應用(公開課)74745⑴環(huán)境監(jiān)測：

基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來3、基因工程與環(huán)境保護四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745

利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745⑵環(huán)境污染治理：

基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。

通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。四、基因工程的應用基因工程及其應用(公開課)74745

閱讀課本Ｐ１０５討論：轉(zhuǎn)基因食品安全嗎？五、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性基因工程及其應用(公開課)74745支持派認為：如果轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)生物技術(shù)得不到社會支持，這一研究將被扼殺，并且強調(diào)，迄今為止并沒有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因食品危害人體健康和環(huán)境的確切證據(jù)。五、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性基因工程及其應用(公開課)74745美國人食用轉(zhuǎn)基因食品已多年，超級市場上有4000多種商品是含有轉(zhuǎn)基因植物成分的，還沒有事例證明人吃了以后會得病，甚至會引起死亡。

加拿大、澳大利亞也是轉(zhuǎn)基因食品的生產(chǎn)大國，均有幾千萬人在吃，到現(xiàn)在為止也沒有—個案例說明它有問題。五、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性基因工程及其應用(公開課)74745一英國科學家聲稱，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯會減弱老鼠免疫系統(tǒng)功能；美國康乃爾大學也發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因玉米會危害蝴蝶幼蟲及其相關(guān)生態(tài)環(huán)境。五、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性基因工程及其應用(公開課)74745環(huán)保團體認為這種違反自然的轉(zhuǎn)基因作物及產(chǎn)品，未經(jīng)長期安全測試，長期食用可能對人類及生態(tài)環(huán)境造成負面影響。尤其是注重環(huán)境和生態(tài)保護的歐盟國家，對轉(zhuǎn)基因作物更加排斥，因而抵制美國GMO產(chǎn)品的進口。五、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性基因工程及其應用(公開課)74745“轉(zhuǎn)基因食品，要不要貼標簽?”若轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品與目前市售的