基因工程的应用新课件

(一)抗虫转基因植物1.虫害给农作物带来了哪些影响?传统农业如何防治害虫?有哪些不足?3.现在已有哪些抗虫植物问世?2.抗虫转基因植物的优点？减少环境污染、减低生产成本、提高产量棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄、大豆等第1页/共41页(一)抗虫转基因植物1.虫害给农作物带来了哪些影响?传统农业Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等转基因抗虫棉——Bt毒蛋白基因抗虫基因，抗虫的原理？(一)抗虫转基因植物当害虫食用含有转基因的植物时，Bt基因编码的蛋白质会进入害虫的肠道，在消化酶的作用下，蛋白质能够降解成相对分子质量比较小的、有毒的多肽。多肽结合在肠上皮细胞的特异性受体上，会导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解，最后造成害虫死亡。主要杀虫基因：Bt毒蛋白对哺乳动物无毒害？第2页/共41页Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、转基因抗虫棉——Bt毒蛋白（二）抗病转基因植物1.什么是病原微生物？有哪些种类？引起生物生病的微生物主要有病毒、真菌和细菌等2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？3.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外壳蛋白（coatprotein，CP）基因；病毒的复制酶基因许多栽培作物由于自身缺少抗病毒的基因几丁质酶基因、抗毒素合成基因4.抗真菌基因有？第3页/共41页（二）抗病转基因植物1.什么是病原微生物？有哪些种类？引起生（二）抗病转基因植物第4页/共41页（二）抗病转基因植物第4页/共41页（三）抗逆转基因植物1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？盐碱、干旱、低温和涝害等2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？细胞内的渗透压调节3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？调节细胞渗透压的基因第5页/共41页（三）抗逆转基因植物1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？鱼的抗冻蛋白基因（三）抗逆转基因植物第6页/共41页4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？鱼5.抗除草剂基因有何用途？喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物（三）抗逆转基因植物第7页/共41页5.抗除草剂基因有何用途？喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损（四）利用转基因改良植物的品质人体必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称必需氨基酸。必需氨基酸共有８种：甲硫氨酸（蛋氨酸）、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸。另外12种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。第8页/共41页（四）利用转基因改良植物的品质人体必不可少，而机体内又不能合你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？如何用转基因的方法加以改良？①将必需氨基酸含量多的植物中的相关的蛋白质编码基因导入植物②改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性（四）利用转基因改良植物的品质第9页/共41页你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？①将必需氨基酸含量多的植物中转基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果实成熟的基因（四）利用转基因改良植物的品质可延长储存时间1~2个月第10页/共41页转基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果实成熟的基因（四）大大提高花卉的观赏价值转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花青素代谢有关的基因蓝色妖姬（四）利用转基因改良植物的品质第11页/共41页大大提高花卉的观赏价值转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花异想天开发光树第12页/共41页异想天开发光树第12页/共41页二、动物基因工程应用前景广阔1、提高生长速度2、改善畜产品的品质3、生产药物4、作为器官移植的供体等方面应用的方面：第13页/共41页二、动物基因工程应用前景广阔1、提高生长速度应用的方面：第11.用于提高动物生长速度原因：外源生长激素基因表达产生生长激素，可以使转基因动物生长更快转基因鲤鱼将外源生长激素基因导入相应动物体内第14页/共41页1.用于提高动物生长速度原因：外源生长激素基因表达产生生长激2.用于改善畜产品的品质优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因奶牛的乳汁中乳糖的含量大大降低。第15页/共41页2.用于改善畜产品的品质优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适3.用转基因的动物生产药物（重点）优点：产量高、质量好、成本低、易提取方法：乳腺/乳房生物反应器注意：雌性个体才能生产药物第16页/共41页3.用转基因的动物生产药物（重点）优点：产量高、质量好、成本

将药用/物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵移植入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物（雌性个体）进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。乳腺/乳房生物反应器3.用转基因的动物生产药物（重点）第17页/共41页将药用/物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组★为什么乳腺能成为转基因药物理想的表达场所呢？⑴乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。⑵从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。⑶从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。3.用转基因的动物生产药物（重点）第18页/共41页★为什么乳腺能成为转基因药物理想的表达场所呢？3.用转基因的①获取目的基因（例如血清白蛋白基因）②构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加上在乳腺中特异性表达的启动子，如乳腺蛋白基因的启动子）③显微注射导入哺乳动物受精卵中④形成胚胎⑤将胚胎送入母体动物⑥发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）思考:用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？膀胱生物反应器→更理想的生物反应器第19页/共41页①获取目的基因（例如血清白蛋白基因）思考:用基因工程技术实现4.用转基因动物作器官移植的供体利用基因工程对猪？的器官进行改造方法：将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官人体器官移植面临的问题：①供体器官短缺②免疫排斥/异反应（受体排斥）第20页/共41页4.用转基因动物作器官移植的供体利用基因工程对猪？的器官进行三、基因工程药物异军突起药品直接从生物的相关组织、细胞或血液中提取。由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。传统生产方法的缺点可利用什么方法来解决上述问题？在传统的药品生产中，像胰岛素、干扰素等特效药物是如何制备的？第21页/共41页三、基因工程药物异军突起药品直接从生物的相关组织、细胞或血工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。常见基因工程药物：细胞因子（白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子、B细胞生长因子）、抗体、疫苗（乙肝疫苗）、激素（促肾上腺皮质激素、生长激素、胰岛素）、酶（α-抗胰蛋白酶）等三、基因工程药物异军突起第22页/共41页工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株传统方法中，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，如此，其产量之低和价格之高可想而知。将胰岛素基因导入大肠杆菌制备的工程菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!基因工程药物——胰岛素第23页/共41页传统方法中，胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg

治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。获取非常的困难。而现在可以利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，就相当于6万具尸体的全部产量。基因工程药物——生长激素第24页/共41页治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。以前，要从人血中提取干扰素，300L血液中才能提取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20—40mg干扰素基因工程药物——干扰素（抗病毒的特效药）第25页/共41页从人血中提取干扰素，300L血液中才能提取1mg！通过基利用微生物生产药物的优越性何在?利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性：（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。第26页/共41页利用微生物生产药物的优越性何在?利用微生物生产蛋白质类药物1、基因治疗概念：四、基因治疗曙光初照

把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从而达到治疗疾病的目的）第27页/共41页1、基因治疗概念：四、基因治疗曙光初照把正常基因

1990年9月14日，安德森对一例患腺苷酸脱氨酶(ADA)缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，然后把这种淋巴细胞转入体内。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。2、实例①：2、实例①：对严重复合型免疫缺陷症的治疗

1994年美国科学家，用经过修饰的腺病毒做载体，将治疗囊性纤维病的正常基因，成功转入患者肺组织中，从而治疗了该遗传病。

实例②：对囊性纤维化病的治疗第28页/共41页1990年9月14日，安德森对一例患腺苷酸脱氨酶(A3、基因治疗的类型体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移（转化），再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段；进行基因治疗十分困难；存在安全、伦理方面的困难。5、用于基因治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因第29页/共41页3、基因治疗的类型体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进基因诊断：也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子原理：利用DNA分子杂交原理第30页/共41页基因诊断：第30页/共41页DNA分子杂交原理：DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。（碱基互补配对）第31页/共41页DNA分子杂交原理：第31页/共41页基因诊断技术在什么方面发展迅速？在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。例如：白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针→诊断白血病第32页/共41页基因诊断技术在什么方面发展迅速？第32页/共41页五、基因芯片概念：DNA芯片；寡核苷酸芯片；DNA微阵列原理：DNA分子杂交应用：基因测序

基因诊断||疾病诊断：从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。第33页/共41页五、基因芯片概念：DNA芯片；寡核苷酸芯片；DNA微阵列第3典例：基因芯片测序基因芯片的测序原理是DNA分子杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法．先在一块基片表面固定序列已知的八核苷酸的探针，当溶液中带有荧光标记的靶核酸序列，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列．据此可重组出靶核酸的序列TATGCAATCTAG（过程如图1）．若靶核酸序列与八核苷酸的探针杂交后，荧光强度最强的探针位置如图2所示，请分析溶液中靶序列为（）A．AGCCTAGCTGAAB．TCGGATCGACTTC．ATCGACTTD．TAGCTGAA第34页/共41页典例：基因芯片测序A．AGCCTAGCTGAAB．TCG大大提高花卉的观赏价值转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花青素代谢有关的基因蓝色妖姬（四）利用转基因改良植物的品质第35页/共41页大大提高花卉的观赏价值转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花2.用于改善畜产品的品质优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因奶牛的乳汁中乳糖的含量大大降低。第36页/共41页2.用于改善畜产品的品质优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适★为什么乳腺能成为转基因药物理想的表达场所呢？⑴乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。⑵从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。⑶从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。3.用转基因的动物生产药物（重点）第37页/共41页★为什么乳腺能成为转基因药物理想的表达场所呢？3.用转基因的4.用转基因动物作器官移植的供体利用基因工程对猪？的器官进行改造方法