基因工程及其应用.ppt

第二节 基因工程及其应用 能 发 光 的 水 母 不能发光的热带斑马鱼 能否让热带鱼也能 发光? 设想 能发 荧光 的热 带斑 马鱼 普通热带斑马鱼是不发荧光的 抗 虫 害 的 玉 米 抗虫棉 能产 生人 胰岛 素的 大肠 杆菌 从大肠杆菌说起胰岛素 每100kg 猪或牛的胰腺中提取 45g胰岛素 1979年，利用大肠杆菌的DNA分子重组， 2000L大肠杆菌的培养液中提取100g 胰岛素， 相当于2吨猪胰腺中提取的量 问题探讨 1、为什么要把人的基因“嫁 接”到细菌上？ 2、怎样把人胰岛素基因“嫁 接”到大肠杆菌中去？ 3、把人胰岛素基因“嫁接” 到大肠杆菌中去后与普通细 菌有什么不同？ 基因工程 大肠杆菌可以产生人类的胰岛素 胰岛素提取困难，试着用 其他科学方法去生产 一、基因工程原理 基因拼接技术或DNA重组技术。 1、概念：通俗地说，就是按照人们的意愿，把一 种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放 到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状 。 2、原 理： 3、操作水平： 4、结 果： 基因重组 DNA分子水平 定向地改造生物的遗传性状，获得 人类所需要的品种和生物产品 。 5、操作环境：生物体外 6、基因工程理论基础：生物界共用一套遗传密码 所用生物的DNA分子结构及碱基互补配对原则相同 7、基因工程的优点：可以实现不同物种之间的基因转 移，打破了有性生殖的远缘杂交不亲和的生殖障碍， 能培育出前所未有的新品种。 8、基因工程的意义：使人类有可能按照自己的意愿 定向地改变生物的遗传性状，培育新品种。 基因的剪刀限制性核酸内切酶（简称限 制酶） 1、基因操作的工具 特点：专一性。本质：蛋白质。分布：主要在 微生物中 即：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序 列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。 例：大肠杆菌(EcoRI)的一种限制酶能识别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。 限制酶 被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有 相同的黏性末端？是的。因为酶具有专一性。 磷酸二酯键 基因的针线DNA连接酶（本质：蛋白质） 磷酸二酯键 作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使 之成为一个完整的DNA分子。 使用DNA连接酶制作重组DNA分子 甲片段 CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段 GGCATCTTAA AATTCCGTAG 重组DNA分子 GGCATCTTAA AATTCCGTAG 基因的运载工具运载体（本质：DNA) 常用运载体：质粒、噬菌体或动植物病毒 最常用的运载体是：质粒 质粒是存在于许多细 菌以及酵母菌等生物 的细胞质中，是拟核 或细胞核外能够自主 复制的小型环状双链 DNA分子。 质粒存在？本质？ 运载体的特点： 1)、能够在宿主细胞中复制并稳定保存 2)、具有多个限制酶切点，以便与外源基因 连接 3)、具有标记基因，便于进行筛选 目的基因是人们所需要转移或改造的基因。 如:苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗 病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基 因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。 提取方法 直接分离：鸟枪法 人工合成 2、基因操作的基本步骤 1）提取目的基因 供体细胞、受体细胞 目的基因与运载体的结合过程，实际 上是不同来源的基因重组的过程。 注意：要用同一种限制酶切取目的基因 和运载体，并用DNA连接酶连接，形成 重组DNA分子。 2）目的基因与运载体结合 使用DNA连接酶制作重组DNA分子 甲片段 CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段 GGCATCTTAA AATTCCGTAG 重组DNA分子 GGCATCTTAA AATTCCGTAG 对动物用方法：显微注射法 用口径为1m的DNA注 射器，将大量的目的基因 片段注入到受体细胞内。 3）将目的基因导入受体细胞 对植物往往借鉴细菌或 病毒侵染细胞的方法 受体细胞必须表现我们所需要的性状，才能说明目的 基因完成了表达。即是否产生了目的基因表达的产物 （蛋白质）进行检测 4）目的基因的检测和鉴定 细菌和人是差异非常大的两种生物, 通过 基因重组后,细菌能够合成人体的胰岛素， 这说明了什么？ 生物界的统一性 所有生物共用一套遗传密码 思考与讨论 二、基因工程的应用 运用基因工程技术育种的方法：不但可以培 养优质、高产、稳产、各种抗逆性好的农作物及畜 、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、 植物。 生长快、耐不良环境、肉质 好的转基因鱼(中国) 乳汁中含有人生长激素的 转基因牛(阿根廷) 1、基因工程与作物育种 （1）基因工程育种的目的： （2）植物育种-转基因抗虫棉 培育抗逆性品种 将细菌的抗虫、抗病毒、抗 除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗 高温等抗性基因转移到作物体 内，将从根本上改变作物的特 性。如转基因抗虫棉。 抗虫基因作物的意义： 减少农药的用量，降低了生产 的成本，减少了农药对环境的污染 。 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转鱼抗寒基 因的番茄 转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆 转基因龙胆花色奇异 转基因蓝猪耳改变花色转基因牵牛花改变了花色 A：紫外光照射下的转 绿色荧光蛋白的 Eustoma (Lisianthus) 花。 B：转没有绿色荧光 蛋白的空质粒的花， 基因工程育种的优点：目的性强，育种周期短 ，克服远缘杂交不亲和的障碍 2、基因工程与药物研制 我国生产的部分基因 工程疫苗和药物 用基因工程的方法 生产胰岛素、干扰素、 白细胞介素、凝血因子 、以及预防乙肝、霍乱 、伤寒、疟疾等的疫苗 。 提高生产产量、降 低生产成本。 胰岛素从猪、牛等动物的 胰腺中提取，100Kg胰腺只 能提取4-5g的胰岛素，其产 量之低和价格之高可想而知 。 将合成的胰岛 素基因导入大肠杆 菌，每2000L培养液 就能产生100g胰岛 素！使其价格降低 了30%-50%! 从人血中提取干扰素 ，300L血才提取1mg！ 通过基因工程的 方式创造了能合成人 干扰素的大肠杆菌， 每1Kg的培养液可提取 24mg干扰素 人造血液及其生产 产品名称菌株或细胞应用 人胰岛素大肠杆菌 人生长激素大肠杆菌 表皮生长因子大肠杆菌 白细胞介素-2大肠杆菌 a干扰素酵母菌 乙型肝炎疫苗酵母菌 溶血栓剂哺乳动物 细胞 治疗糖尿病 治疗生长缺陷症 治疗烫伤、胃溃疡 治疗某些癌症 治疗癌症或病毒感染 预防病毒性肝炎 治疗心血管病 （心脏病） 3、基因工程与环境保护 基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检 测环境中的病毒、细菌等污染。 1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来 利用基因工程培育的“指示生物”能十分 灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污 染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物 。 基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分 解多种污染环境的物质。 通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因 工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃 类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT 等毒害物质。 2006年3月14日绿色和平组织发布消息,称亨 氏营养米粉含有转Bt基因抗虫水稻成分。 那么转基因食品 到底安全吗？什么 样的转基因食品才 能上市？如何面对 市场上的转基因食 品呢？ 三、转基因生物与转基因食品的安全性 两种观点 不安全：证据 安全：证据 安全观点： 1、转基因食品与非转基因食品的构成一样； 2、减少农药使用、减少环境污染； 3、节省生产成本，降低粮食售价； 4、增加食品营养、提高食品产量等。 不安全观点： 1、可能产生抗除草剂的超级杂草； 2、可能使疾病的散播跨越物种障碍； 3、可能损害农作物的生物多样性； 4、认为创造新物种，可能干扰生态系统的稳 定性； 5、可能产生新毒素和新过敏源。 归纳：基因重组与基因工程 基因重组基因工程 基因重组 的含义不 同 同种生物的不同 基因的重新组合 不同生物的不同基因 的重新组合 繁殖方式 不同 有性生殖无性生殖 意义不同生物变异来源之 一，对生物的进 化有重要意义 是人类有可能按照自 己的意愿定向的改变 生物，培育出新品种 相同点：都实现了不同基因的重新组合，都能使 生物产生变异。 最新款的摩托车 谁能告诉我这是什么？ 谁能告诉我这是什么？ 谁能告诉我这是什么？ 1、要将目的基因与运载体连接起来，在操作中应选用 A、只需DNA连接酶 B、同一种限制酶和DNA连接酶 C、只需限制酶 D、不同的限制酶和DNA连接酶 课堂练习 2、下列各项中，说明目的基因完成了表达的是 A、棉珠中含有杀虫蛋白基因 B、大肠杆菌中具有胰岛素基因 C、酵母菌中产生了干扰素 D、抗病毒基因导入土豆细胞中 B C 3、要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶 是 限制酶 连接酶 解旋酶 还原酶 、 、 、 、 4、实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基 因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶 。一种限制性内切酶能识别分子的 顺序，切点在和之间，这是利用了酶的 、高效性 、专一性 、多样性 、催化活性易受外界影响 A B 6、不属于基因工程方法生产的药物是 A、干扰素 B、白细胞介素 C、青霉素 D、乙肝疫苗 5、基因工程的正确操作步骤是 使目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 检测目的基因的表达是否符合特定性状要求 提取目的基因 、 、 、 、 C C 7、采用基因工程的方法培育抗虫棉，下