基因工程与转基因生物

1、第3节 基因工程与转基因生物l Chimera Chimera - -客迈拉客迈拉l 英招英招思考：思考：1 1、为什么能把一种生物的基因、为什么能把一种生物的基因“嫁接嫁接”到另一到另一 种生物上？种生物上？2 2、推测这种、推测这种“嫁接嫁接”怎样能实现？怎样能实现？3 3、这种、这种“嫁接嫁接”对品种的改良有什么意义？对品种的改良有什么意义？遗传遗传赋于物种的赋于物种的稳定稳定，保证物种的延续不断。，保证物种的延续不断。赋于物种的赋于物种的进化进化，保证物种对各种环境的适应。，保证物种对各种环境的适应。在生物演变的长河中，在生物演变的长河中，自然发生的变异是非常自然发生的变异是非常缓慢的

2、缓慢的，随着生物科学的发展，人类开始学会干，随着生物科学的发展，人类开始学会干预生物的变异。预生物的变异。p 杂交育种杂交育种1.1.只能利用已有基因的重组，只能利用已有基因的重组，不能创造新的基因不能创造新的基因。2.2.育种育种进程缓慢进程缓慢，过程繁琐过程繁琐。3. 3. 不能跨越物种界限不能跨越物种界限。p 基因工程1.1.概念概念 依据预先设计的蓝图，用依据预先设计的蓝图，用人工方法人工方法将将某种生物的基某种生物的基因因，接合到另一种生物的基因组接合到另一种生物的基因组DNADNA中并使其表达，中并使其表达，使后者获得新的遗传性状，使后者获得新的遗传性状，产生产生出人类所需要的出人

3、类所需要的产产物物，或创造出，或创造出新的生物新的生物类型的现代生物技术。类型的现代生物技术。 原原 理：理： 操作水平：操作水平： 结结 果：果：基因重组基因重组DNADNA分子水平分子水平定向改造定向改造生物的遗传性状，获生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。得人类所需要的品种。苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌抗虫基因抗虫基因运载体（运载体（DNADNA）导入导入普通棉花（无抗虫特性）普通棉花（无抗虫特性）棉花细胞（含棉花细胞（含抗虫基因抗虫基因）棉花植株（棉花植株（有抗虫特性有抗虫特性）提取提取p 基因工程 抗虫棉抗虫棉p 基因的基因的“剪刀剪刀”p 基因的基因的“浆糊浆糊”p 基因的基因的

4、“运输工具运输工具”需要三种工具：需要三种工具：p 基因工程1 1、 基因的基因的“剪刀剪刀”工具工具种类种类: :来源来源: :特点特点: :主要存在于微生物主要存在于微生物一种限制酶一种限制酶只能识别只能识别一种特定的核一种特定的核苷酸序列苷酸序列, ,并在并在特定切点特定切点切割切割DNADNA分子分子已发现的有已发现的有200200多种多种限制性内切酶限制性内切酶（EcoREcoR）作用过程）作用过程G C T T A A A A T T C G被同一种限制酶切断的几个被同一种限制酶切断的几个DNADNA是否具是否具有相同的黏性末端？有相同的黏性末端？思考:形成的黏性末端不同不同的限制

5、酶呢？不同的限制酶呢？具有p 基因工程 工具工具2 2、 基因的基因的“浆糊浆糊”作用：作用：将将互补配对互补配对的的两个黏性末端两个黏性末端连接起连接起来，使之成为一个完整的来，使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。DNADNA连接酶连接酶的作用过程的作用过程G C T T A A A A T T C G作用位点：作用位点：相邻的两个脱氧核苷酸的切口。相邻的两个脱氧核苷酸的切口。DNADNA连接酶连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C

6、T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割抗虫基因抗虫基因运载体基因运载体基因p 基因工程 工具工具3 3、 基因的基因的“分子运输车分子运输车”l 能在宿主细胞内自我能在宿主细胞内自我复制复制并稳定地并稳定地保存保存l 具有具有多个限制酶切点多个限制酶切点l 具有具有标记基因标记基因p 基因工程 工具工具3 3、 基因的基因的“分子运输车分子运输车”质粒质粒最常用最常用l 双链闭环双链闭环DNADNA分子分子l 能自我复制能自我复制l 带抗性基因带抗性基因p 基因工程的基本过程1.1.获取目的基因获取目的基因什么是目的基因？什么是目的基因？获得目的基因的获得目的基

7、因的 方法有哪些？方法有哪些？p 基因工程的基本过程1.1.获取目的基因获取目的基因2.2.目的基因与目的基因与 运载体重组运载体重组此处的运载体是什么？此处的运载体是什么？为什么切取目的基因为什么切取目的基因和切开质粒一般要用相和切开质粒一般要用相同的限制酶？同的限制酶？p 基因工程的基本过程1.1.获取目的基因获取目的基因2.2.目的基因与目的基因与 运载体重组运载体重组3.3.重组重组DNADNA分子导入受体分子导入受体 细胞细胞什么是受体细胞？什么是受体细胞？受体细胞有哪些？受体细胞有哪些？p 基因工程的基本过程1.1.获取目的基因获取目的基因2.2.目的基因与目的基因与 运载体重组运

8、载体重组3.3.重组重组DNADNA分子导入受分子导入受 体细胞体细胞4.4.筛选含目的基因筛选含目的基因 的受体细胞的受体细胞p 基因工程的基本过程怎样检验抗虫基因在棉细胞内是否表达呢？怎样检验抗虫基因在棉细胞内是否表达呢？没有抗虫基因没有抗虫基因的棉植株的棉植株有抗虫基因的有抗虫基因的棉植株棉植株棉铃虫棉铃虫虫没有死虫没有死虫被杀死虫被杀死没有表达没有表达目的基因表达目的基因表达p 基因工程的基本过程 获取目的基因获取目的基因 目的基因与运载体重组目的基因与运载体重组 重组重组DNADNA分子导入受体细胞分子导入受体细胞 筛选含目的基因的受体细胞筛选含目的基因的受体细胞四个步骤：四个步骤：

9、要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是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限制酶连接酶解旋酶还原酶 实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供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。体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性一种限制性内切酶能识别分子的顺序，切点在内切酶能识别分子的顺序，切点在和之间和之间，这是利用了酶的（，这是利用了酶的（ ） 高效性专一性高效性专一性 多样性催化活性易受外界影响多样性催化活性易受外界影响p 转基因技术的应用将目的基因转入受体细胞将目的基因转入受体细胞细

10、菌细菌植物植物动物动物基因工程菌基因工程菌转基因植物转基因植物转基因动物转基因动物发酵工程发酵工程细胞工程细胞工程优良动植物品系优良动植物品系p 转基因生物产品的安全性现在国内都有哪些转基因食品？现在国内都有哪些转基因食品？第一批列入目录的农业转基因生物是：第一批列入目录的农业转基因生物是：大豆大豆：大豆种子、大豆、大豆粉、大豆油、豆粕：大豆种子、大豆、大豆粉、大豆油、豆粕玉米玉米：玉米种子、玉米、玉米油、玉米粉：玉米种子、玉米、玉米油、玉米粉油菜油菜：油菜种子、油菜籽、油菜籽油、油菜籽粕：油菜种子、油菜籽、油菜籽油、油菜籽粕棉花种子棉花种子番茄番茄：番茄种子、鲜番茄、番茄酱：番茄种子、鲜番茄

11、、番茄酱转基因生物转基因生物安全吗安全吗? ?p 转基因生物产品的安全性 支持派支持派认为：如果转基因农业生物认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，迄今为止并没被扼杀，并且强调，迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。环境的确切证据。转基因生物转基因生物安全吗安全吗? ?p 转基因生物产品的安全性l 一英国科学家声称，一英国科学家声称，转基因马铃薯转基因马铃薯会会减弱减弱 老鼠免疫系统老鼠免疫系统功能；功能；l 美国康乃尔大学也发现，美国康乃尔大学也发现，转基因玉米转基因玉米会会危危

12、害蝴蝶幼虫害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。及其相关生态环境。l 环保团体认为这种违反自然的转基因作物环保团体认为这种违反自然的转基因作物及产品，及产品，未经长期安全测试未经长期安全测试，长期食用可，长期食用可能对人类及生态环境造成负面影响。能对人类及生态环境造成负面影响。l 尤其是注重尤其是注重环境和生态保护环境和生态保护的欧盟国家，的欧盟国家，对转基因作物更加排斥，因而抵制美国对转基因作物更加排斥，因而抵制美国GMOGMO产品的进口。产品的进口。p 转基因生物产品的安全性1 1、转基因生物本身是否会对、转基因生物本身是否会对生物环境生物环境造成不造成不利的影响？利的影响？A A、转基因植物演变成

13、、转基因植物演变成农田杂草农田杂草的可能性。的可能性。B B、诱发、诱发病虫产生抗性病虫产生抗性。p 转基因生物产品的安全性2 2、转基因生物本身是否会对、转基因生物本身是否会对人体健康人体健康造成不造成不 利的影响？利的影响？l 有毒物质有毒物质l 过敏性过敏性 英国英国“普兹台事件普兹台事件”：19981998年，英国罗伊特研究年，英国罗伊特研究所普兹台教授说他的实验证明，幼鼠食用转基因所普兹台教授说他的实验证明，幼鼠食用转基因土豆会使内脏和免疫系统受损。土豆会使内脏和免疫系统受损。 美国的美国的“斑蝶事件斑蝶事件”：19991999年美国康乃尔大年美国康乃尔大学副教授约翰学副教授约翰罗西

14、在罗西在自然自然上发表文章上发表文章说，一种转基因玉米可产生杀死害虫的花粉，说，一种转基因玉米可产生杀死害虫的花粉，而身为益虫的一种美州大蝴蝶食用了这种转而身为益虫的一种美州大蝴蝶食用了这种转基因玉米花粉后有基因玉米花粉后有4444死亡。死亡。p 基因工程的基本过程目的基因目的基因是人们为了得到其表达产物而把它转入到是人们为了得到其表达产物而把它转入到 新的生物体中去的基因新的生物体中去的基因从生物体细从生物体细胞中分离胞中分离获得目的基获得目的基因的方法因的方法 基因定位基因定位用限制酶从用限制酶从DNADNA分分子中切取子中切取 mRNA mRNA DNA DNA逆转录酶逆转录酶通过化学方

15、通过化学方法人工合成法人工合成1.1.获取目的基因获取目的基因p 基因工程的基本过程目的基因目的基因是人们为了得到其表达产物而把它转入到是人们为了得到其表达产物而把它转入到 新的生物体中去的基因新的生物体中去的基因从生物体细从生物体细胞中分离胞中分离获得目的基获得目的基因的方法因的方法 基因定位基因定位用限制酶从用限制酶从DNADNA分分子中切取子中切取通过化学方法人工合成通过化学方法人工合成1.1.获取目的基因获取目的基因p 基因工程的基本过程1.1.概念：概念： 导入的生物细胞，即能接纳重组导入的生物细胞，即能接纳重组DNADNA的活细胞的活细胞 。受体细胞受体细胞2.2.种类：大肠杆菌种

16、类：大肠杆菌 植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞 微生物细胞微生物细胞p 基因工程的基本过程1.1.获取目的基因获取目的基因2.2.目的基因与目的基因与 运载体重组运载体重组3.3.重组重组DNADNA分子导入受体分子导入受体 细胞细胞4.4.筛选含目的基因筛选含目的基因 的受体细胞的受体细胞此处目的基因具体此处目的基因具体是什么基因？是什么基因？获得目的基因的方获得目的基因的方法有哪些？法有哪些？此处的运载体此处的运载体是什么？是什么？为什么切取目为什么切取目的基因和切开质的基因和切开质粒一般要用相同粒一般要用相同的限制酶？的限制酶？什么是受体细胞？什么是受体细胞？受体细胞有哪些？受体细胞有

17、哪些？p 基因工程的基本过程筛选含目的基因的受体细胞筛选含目的基因的受体细胞将重组将重组DNADNA分子导入受体细胞的频率一般仅在分子导入受体细胞的频率一般仅在 1010 -7-7左右。左右。得到得到目的基因的目的基因的受体细胞极少受体细胞极少，大量的是，大量的是未未 成功导入的细胞。成功导入的细胞。p 转基因技术的应用1.1.微生物基因工程微生物基因工程 制药方面制药方面胰岛素、生长激素、干扰素、胰岛素、生长激素、干扰素、白细胞介素、乙肝疫苗等白细胞介素、乙肝疫苗等 长期以来治疗糖尿病的特效药长期以来治疗糖尿病的特效药胰岛素从猪、牛胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，等动物的胰腺中提取，100

18、kg100kg胰腺胰腺只能只能提取提取4-5g4-5g的胰岛的胰岛素素，治疗，治疗一位糖尿病患者一位糖尿病患者，每年所需的胰岛素用量，需，每年所需的胰岛素用量，需要要4040头牛或头牛或5050头猪的胰脏头猪的胰脏。 1978 1978年年9 9月，科学家成功实现了由大肠杆菌生产人月，科学家成功实现了由大肠杆菌生产人胰岛素。他们胰岛素。他们2000L2000L的大肠杆菌的大肠杆菌培养液中，获得了培养液中，获得了100kg100kg胰岛素胰岛素，相当于相当于从从1 1吨猪胰脏吨猪胰脏中获得的产量。从此，大中获得的产量。从此，大规模生产胰岛素开始了。规模生产胰岛素开始了。19801980年，世界上

19、第一家用基因年，世界上第一家用基因工程生产人胰岛素的工厂开始建造。两年后，基因工程工程生产人胰岛素的工厂开始建造。两年后，基因工程生产的人胰岛素正式进入市场。这是生产的人胰岛素正式进入市场。这是人类第一个基因工人类第一个基因工程产业化的产品程产业化的产品。p 转基因技术的应用1.1.微生物基因工程微生物基因工程 环境保护方面环境保护方面基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解多能吞食和分解多种污染环境的物质。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培育成功的“超级细菌超级细菌”却能却能分解石油中的多种烃类化分解石油中的多种烃类化合物合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDTDDT等等毒害物质。毒害物质。p 转基因技术的应用2.2.植物基因工程植物基因工程抗虫棉抗虫棉抗寒油菜抗寒油菜抗旱玉米抗旱玉米防乙肝土豆防乙肝土豆转基因番茄转基因番茄在食品、医药等领的在食品、医药等领的应用：应用：获得获得抗逆性抗逆性、高产高产、高营养价值高营养价值的农作的农作物等物等