生物基因工程的应用经典

生物基因工程的应用经典第1页，共48页，2023年，2月20日，星期一巩固练习:1.人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗生素抗性基因,该抗性基因的主要作用是()A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性B.有利于对目的基因是否导入进行检测C.增加质粒分子的分子量D.便于与外源基因连接2.在遗传工程技术中,限制性内切酶主要用于()A.目的基因的提取和导入B.目的基因的提取和检测C.目的基因与载体的结合和导入D.目的基因的提取与载体结合BD第2页，共48页，2023年，2月20日，星期一3.在遗传工程技术中,下列何种目的基因一般以直接分离的方法获得()A.人的胰岛素基因B.蚕的蚕丝蛋白基因C.芽孢杆菌的抗虫基因D.菜豆储藏蛋白基因4.1976年,美国的科学家首次将人的生长抑制素释放因子的基因转移到大肠杆菌,并获得了表达,此文中的表达是指该基因在大肠杆菌()A.能进行DNA复制B.能传递给细菌后代C.能合成生长抑制素释放因子D.能合成人的生长素CC第3页，共48页，2023年，2月20日，星期一5.基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的,在基因操作的基本步骤中,不进行减基互补配对的步骤是()A.人工合成目的基因B.目的基因与载体结合C.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的检测和表达C第4页，共48页，2023年，2月20日，星期一基因工程的应用专题１基因工程学习目标1、举例说出植物基因工程的成果2、举例说出动物基因工程的成果3、举例说出基因工程药品4、概括出基因治疗的原理及过程5、说出基因芯片的概念第5页，共48页，2023年，2月20日，星期一一、植物基因工程硕果累累哪些转基因作物已进入大规模商业化应用阶段?转基因大豆、玉米、棉花和油菜大豆63%，玉米19%，棉花13%，油菜5%转基因植物的研究、开发和应用标志着农业技术革命的以在一些国家展开。我国转基因作物的种植面积位居世界第四。第6页，共48页，2023年，2月20日，星期一植物基因工程技术主要用于哪些方面?提高农作物的

能力（如

、

、

、

和

等）,以及改良农作物的

和利用植物生产

等方面.(1)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?2.现在已有哪些抗虫植物问世?

3.主要应用于杀虫的基因有哪些？阅读课本P17（一）提高抗逆能力第7页，共48页，2023年，2月20日，星期一（1）抗虫转基因植物优点：减少环境污染对人类健康的损害、减低生产成本、提高产量例子：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等主要杀虫基因：

Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等典型例子：转基因抗虫棉——Bt毒蛋白基因

请阅读P18生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的抗虫机理。思考：抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?

我国的转基因抗虫棉取得了哪些进展?第8页，共48页，2023年，2月20日，星期一现有储备苏云金杆菌的Bt毒蛋白基因的cDNA文库。简述培育抗虫棉的操作过程。①用限制酶从cDNA文库中获取Bt毒蛋白基因；②将Bt毒蛋白基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA,构建基因表达载体；③通过农杆菌转化法导入棉花受体细胞；④检测筛选出成功转化的棉花细胞；⑤通过植物组织培养形成抗虫棉植株。第9页，共48页，2023年，2月20日，星期一（2）抗病转基因植物转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯特点：

导入另一种生物的优良性状基因，获得新性状抵抗恶劣环境因素，从根本上改变作物的遗传特性。第10页，共48页，2023年，2月20日，星期一（2）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；抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合成基因第11页，共48页，2023年，2月20日，星期一拓展：在抗病毒转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染？关于病毒外壳蛋白基因(CP基因)导入植物后的抗病毒机理，目前有几种假说。一种假说认为：CP基因在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。另一种假说认为：植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。然而最近的研究表明，如果将病毒的外壳蛋白的AUG起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是CP基因转录出RNA后，与入侵病毒RNA之间的相互作用起到了抗性作用。第12页，共48页，2023年，2月20日，星期一（3）其他抗逆转基因植物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13页，共48页，2023年，2月20日，星期一4.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？目的基因从何而来？鱼的抗冻蛋白基因

第14页，共48页，2023年，2月20日，星期一5.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第15页，共48页，2023年，2月20日，星期一1.为什么我们要改良植物的品质？2.什么是必需氨基酸？有哪些种类？（二）利用转基因改良植物的品质人体（或其它脊椎动物）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：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。（婴儿体内多一种组氨酸）如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。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。食物营养成分不平衡第16页，共48页，2023年，2月20日，星期一你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？（课本例子）如何用转基因的方法加以改良？将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性不会引起过敏的转基因大豆第17页，共48页，2023年，2月20日，星期一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番茄富含维生素，但不耐储存。第18页，共48页，2023年，2月20日，星期一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优点：提高花卉的观赏价值第19页，共48页，2023年，2月20日，星期一异想天开第20页，共48页，2023年，2月20日，星期一植物基因工程的应用抗虫(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)抗病毒(外壳蛋白基因、病毒复制酶基因)抗真菌(几丁质酶基因、抗毒素合成基因)抗干旱、抗盐碱(调节细胞渗透压的基因)抗寒(抗冻蛋白基因)抗除草剂(抗除草剂基因)提高营养价值；延熟－使耐储存；提高观赏价值；1、提高抗性：2、改良品种：抗逆性品种

高产、稳产和具优良品质的品种第21页，共48页，2023年，2月20日，星期一二、动物基因工程前景广阔特点：发展较迟，应用方面广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应用前景：第22页，共48页，2023年，2月20日，星期一1.用于提高动物生长速度原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快转基因鲤鱼

将人的生长激素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠”。第23页，共48页，2023年，2月20日，星期一2.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，获得转基因牛的乳汁，降低乳糖含量，而其他的营养成分不受影响。第24页，共48页，2023年，2月20日，星期一3.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：

乳腺生物反应器注意：

雌性个体才能生产药物

基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素—2、干扰素）、抗体、疫苗、激素等第25页，共48页，2023年，2月20日，星期一★为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？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。第26页，共48页，2023年，2月20日，星期一①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特异表达的启动子）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？第27页，共48页，2023年，2月20日，星期一4.用转基因动物作器官移植的供体主要难题是克服免疫排斥方法：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利用基因工程对猪的器官进行改造－抑制或清除抗原决定基因消除异种器官供体的免疫排斥反应第28页，共48页，2023年，2月20日，星期一将目的基因导入到动物的受精卵里，目的基因若与受精卵染色体DNA整合，细胞分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。总结：什么叫转基因动物？基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。第29页，共48页，2023年，2月20日，星期一简述培育可以生产乙肝疫苗(乙肝病毒表面抗原)的转基因牛的方法步骤。①用限制酶从乙肝病毒DNA中获取表面抗原基因;②将抗原基因和乳腺蛋白基因的启动子等调控组件同时插入质粒，构建基因表达载体；③通过显微注射的方法导入牛的受精卵；④检测筛选出成功转化的受精卵,培养成胚胎；⑤将胚胎植入代孕母牛,使其生长发育转基因牛.第30页，共48页，2023年，2月20日，星期一青岛森淼实业有限公司

第31页，共48页，2023年，2月20日，星期一1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？从生物的组织、细胞或血液中提取。2.传统生产方法的缺点:由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。三、基因工程药品异军突起第一基因工程药物是重组人胰岛素第32页，共48页，2023年，2月20日，星期一3.可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。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。基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素—2、干扰素）、抗体、疫苗、激素等

这些药物可以预防和治疗哪些疾病？都有哪些蛋白质类的基因工程药物？P22表格第33页，共48页，2023年，2月20日，星期一用工程酵母菌生产乙肝疫苗(乙肝病毒表面抗原)

①用限制酶从乙肝病毒基因文库中获取抗原蛋白基因;②将抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体；③用Ca+处理酵母菌使之成为感受态细胞，将重组质粒导入酵母菌；④检测筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵培养。第34页，共48页，2023年，2月20日，星期一基因工程药品——生长激素

治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。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。现可利用基因工程方法，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，相当于6万具尸体的全部产量。第35页，共48页，2023年，2月20日，星期一胰岛素从猪、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%!基因工程药品——胰岛素第36页，共48页，2023年，2月20日，星期一2DNA质粒细菌细胞DNA人体细胞胰岛素基因限制酶限制酶胰岛素利用生物工程获得胰岛素1第37页，共48页，2023年，2月20日，星期一

干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取基因工程药品——干扰素第38页，共48页，2023年，2月20日，星期一

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20—40mg干扰素人造血液及其生产基因工程药品——干扰素第39页，共48页，2023年，2月20日，星期一基因诊断：

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；三、基因治疗曙光初照第40页，共48页，2023年，2月20日，星期一基因探针：

基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。第41页，共48页，2023年，2月20日，星期一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。第42页，共48页，2023年，2月20日，星期一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。1）β—珠蛋白的DNA探针→镰刀状细胞贫血症

2）苯丙氨酸羧化酶基因探针→苯丙酮尿症

3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针→白血病举例第4