基因工程及应用(1)VIP

1、 随着社会的发展，人们的需求越来越趋于多样化，人们希望按随着社会的发展，人们的需求越来越趋于多样化，人们希望按照自己的意图改变物种的基因，以期获得新的性状、得到新的生物照自己的意图改变物种的基因，以期获得新的性状、得到新的生物产品。经典遗传学主要通过自然选育来挑选已发生自发突变的新变产品。经典遗传学主要通过自然选育来挑选已发生自发突变的新变种；通过用物化因子（如辐射、药物处理等）来进行人工诱变，得种；通过用物化因子（如辐射、药物处理等）来进行人工诱变，得到所需的性状；通过细胞杂交使得某种突变性状得以显现，从而寻到所需的性状；通过细胞杂交使得某种突变性状得以显现，从而寻找新类型。但所有这些，都具

2、有相当大的偶然性，效率不高，难以找新类型。但所有这些，都具有相当大的偶然性，效率不高，难以真正看到基因。由于经典遗传学所研究的基因不能离开染色体而独真正看到基因。由于经典遗传学所研究的基因不能离开染色体而独立进行复制，所以基因拷贝数的增加是有限的；由于染色体减数分立进行复制，所以基因拷贝数的增加是有限的；由于染色体减数分裂受同源性的支配，远缘杂交难以实现。人们强烈希望新的育种方裂受同源性的支配，远缘杂交难以实现。人们强烈希望新的育种方式出现。在疾病防治方面，有许多严重威胁人类健康的病症，如遗式出现。在疾病防治方面，有许多严重威胁人类健康的病症，如遗传性疾病、心血管病、恶性肿瘤、免疫系统疾病等，

3、病因还不太清传性疾病、心血管病、恶性肿瘤、免疫系统疾病等，病因还不太清楚。解决这些问题，必需依赖于生命科技甚至整个科学技术的革命楚。解决这些问题，必需依赖于生命科技甚至整个科学技术的革命. 在上世纪中下叶，科学进步的机遇终于到来，这就是分子生物在上世纪中下叶，科学进步的机遇终于到来，这就是分子生物学理论的创立和突破性进展，特别是基因工程（遗传工程）学理论的创立和突破性进展，特别是基因工程（遗传工程）-DNADNA体外重组技术的出现体外重组技术的出现。一、基因工程的基本内容一、基因工程的基本内容 基因工程，确切地讲就是重组基因工程，确切地讲就是重组DNADNA技术技术，指在体外指在体外将不同来源

4、的将不同来源的DNADNA进行剪切和重组，形成杂合进行剪切和重组，形成杂合DNADNA或称或称嵌合嵌合DNADNA分子，然后将其导入特定的宿主细胞，得到分子，然后将其导入特定的宿主细胞，得到大量扩增和表达，使宿主细胞获得新的遗传特性，产大量扩增和表达，使宿主细胞获得新的遗传特性，产生新的基因产物。基因工程，或称遗传工程，兴起于生新的基因产物。基因工程，或称遗传工程，兴起于2020世纪世纪7070年代。人类实现对基因进行自如地操作、转年代。人类实现对基因进行自如地操作、转移和改造的理想，是在核酸限制性内切酶、载体质粒、移和改造的理想，是在核酸限制性内切酶、载体质粒、连接酶和其它修饰酶被陆续发现以

5、后。在此基础上，连接酶和其它修饰酶被陆续发现以后。在此基础上，核酸和蛋白质序列测定、基因体外快速突变、核酸和蛋白质序列测定、基因体外快速突变、DNADNA的的人工合成等，则使得基因工程逐渐成熟和发展。人工合成等，则使得基因工程逐渐成熟和发展。二、基因工程的基本程序二、基因工程的基本程序质粒质粒：环状：环状DNADNA分子，它的分子量较小，可以自由地进入细菌分子，它的分子量较小，可以自由地进入细菌细胞，还能独立自主地复制，具有一套与细胞核染色体相对独细胞，还能独立自主地复制，具有一套与细胞核染色体相对独立的遗传信息。立的遗传信息。 基因工程的基本程序是基因工程的基本程序是：（：（1 1）获得目的

6、基因（外源）获得目的基因（外源DNADNA片段）片段）（2 2）将目的基因连接到载体上，得杂化载体；（）将目的基因连接到载体上，得杂化载体；（3 3）将杂化载体）将杂化载体（环状的（环状的DNADNA）引入宿主细胞（受体细胞），使目的基因及载体上引入宿主细胞（受体细胞），使目的基因及载体上其它基因得以转录和翻译。其它基因得以转录和翻译。载体质粒载体质粒外源外源DNADNA片段片段外源外源DNADNA插入插入剪切剪切引入宿引入宿主细胞主细胞选出含有重选出含有重组组DNADNA的细的细胞扩增胞扩增abbAAb 例题解析例题解析1 1、 农业上大量使用化肥存在许多负面影响，农业上大量使用化肥存在许多

7、负面影响，“生物固氮生物固氮”已已成为一项重要研究课题，实验证明，生物固氮是某些微生物（如成为一项重要研究课题，实验证明，生物固氮是某些微生物（如根瘤菌、蓝藻等）将空气中的根瘤菌、蓝藻等）将空气中的N N2 2固定为固定为NHNH3 3的过程。的过程。（1 1）与人工合成）与人工合成NHNH3 3所需的高温、高压条件相比，生物固氮的顺所需的高温、高压条件相比，生物固氮的顺利进行是因为根瘤菌、蓝藻体内含有特定的利进行是因为根瘤菌、蓝藻体内含有特定的 ，这类物质，这类物质的化学本质是的化学本质是 。（2 2）人们正在着力研究转基因固氮植物（如固氮水稻、固氮小）人们正在着力研究转基因固氮植物（如固氮

8、水稻、固氮小麦等），某科学家将根瘤菌、细胞中的固氮基因，通过基因工程麦等），某科学家将根瘤菌、细胞中的固氮基因，通过基因工程方法转移到水稻植株细胞中，经检测，转基因水稻具备了固氮功方法转移到水稻植株细胞中，经检测，转基因水稻具备了固氮功能。据上述材料分析：能。据上述材料分析：固氮基因已经整合到水稻细胞的固氮基因已经整合到水稻细胞的 中。中。写出水稻细胞中固氮基因得到表达的反应式。写出水稻细胞中固氮基因得到表达的反应式。酶酶蛋白质蛋白质DNADNA 转录转录 翻译翻译 DNADNA（固氮基因）固氮基因） RNA RNA 蛋白质蛋白质2 2、干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取、干扰素

9、是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取0.050.05gg干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：（1 1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的 ，并，并使之与一种叫做质粒的使之与一种叫做质粒的DNADNA结合，然后移植到酵母菌内，从而用酵结合，然后移植到酵母菌内，从而用酵母菌来母菌来 。（2 2）酵母菌能用）酵母菌能用 方式繁殖，速度很快，所以，能在较方

10、式繁殖，速度很快，所以，能在较短的时间内大量生产短的时间内大量生产 。利用这种方法不仅产量。利用这种方法不仅产量高，并且成本也较低。高，并且成本也较低。基因基因产生产生干扰素干扰素出芽出芽干扰素干扰素3 3、细菌通常是具有双链环状、细菌通常是具有双链环状DNADNA的单细胞生物。现有甲、乙两的单细胞生物。现有甲、乙两种细菌，基因型分别是种细菌，基因型分别是abdabd和和ABDABD，通过基因工程使甲细菌后代通过基因工程使甲细菌后代产生出乙细菌产生出乙细菌B B基因所控制的产物，具体过程如图所示，试据基因所控制的产物，具体过程如图所示，试据图回答。图回答。（1 1）从细胞的结构看，细菌属于）从

11、细胞的结构看，细菌属于 生物。生物。（2 2）图中剪切）图中剪切DNADNA的的“剪刀剪刀”和粘接和粘接DNADNA的的“胶水胶水”，其实是两种，其实是两种不同的酶，它们都只能在不同的酶，它们都只能在DNADNA的一定位置进行剪切和粘接，说明它的一定位置进行剪切和粘接，说明它们具有们具有 的特点。的特点。（3 3）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异来源看，这是人）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异来源看，这是人工条件下的一种工条件下的一种 。（4 4）假如）假如B B基因是来自人体细胞，则甲子代也可产生出相应的人基因是来自人体细胞，则甲子代也可产生出相应的人体物质，这说明在翻译过程中，

12、细菌和人类共套体物质，这说明在翻译过程中，细菌和人类共套 。（5 5）在）在DNADNA分子中分子中“拼接拼接”上某个基因或上某个基因或“切割切割”掉某个基因，掉某个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因具有并不影响各基因的功能，这说明基因具有 原核原核专一性专一性基因重组基因重组遗传密码遗传密码相对的独立性相对的独立性4 4、“人类基因组计划人类基因组计划”的研究工作已经历时的研究工作已经历时1010年，投资近百亿美年，投资近百亿美元。一开始它是一项元。一开始它是一项“国际参与，免费分享国际参与，免费分享”的国际合作研究项的国际合作研究项目，现在由于其潜在的巨大经济价值，使得它还未完成时，争

13、抢目，现在由于其潜在的巨大经济价值，使得它还未完成时，争抢就已经开始，而且愈演愈烈的趋势。起步本已较晚的我国生物科就已经开始，而且愈演愈烈的趋势。起步本已较晚的我国生物科技人员还面临着经费严重不足等巨大困难，但是他们说：技人员还面临着经费严重不足等巨大困难，但是他们说：“我们我们的民族已经在信息产业的上游的民族已经在信息产业的上游-软件和硬件上受制于人，我们软件和硬件上受制于人，我们再也不能让我们的子孙后代在这个领域付出代价！再也不能让我们的子孙后代在这个领域付出代价！”当该课题组当该课题组的杨焕明、汪键在没有研究经费的情况下找袁隆平帮忙时，袁隆的杨焕明、汪键在没有研究经费的情况下找袁隆平帮忙时，袁隆平爽快地道：平爽快地道：“拿合同来拿合同来”。（。（1 1）从细胞学上讲，基因的载体是）从细胞学上讲，基因的载体是 其排列特点是其排列特点是 。（2 2）文中的）文中的“基因序列基因序列”指指 ，因为，因为它代表控制生命活动的全套它代表控制生命活动的全套 ，所以基因序列的测定对，所以基因序列的测定对于探索生命奥秘意义重大：（于探索生命奥秘意义重大：（3 3）“编码基因编码基因”一词中的一词中的“编码编码”，是指为生命活动的体现者是指为生命活动的体现者 编码。（编码。（4 4