基因技术与人类的关系

基因技术与人类的关系第1页，课件共69页，创作于2023年2月从DNA双螺旋结构的发现——基础性研究阶段（20世纪50年代开始）：遗传物质的结构和功能，以及表达和调控有了全面的认识，为通过对遗传物质的修饰和改造，定向的获得人类所需要的成分打下了基础。商业化生产阶段（20世纪80年代以来）：第2页，课件共69页，创作于2023年2月一、转基因植物与农业生产二、基因技术与人类健康三、生物技术在工业中的应用第3页，课件共69页，创作于2023年2月转基因植物与农业生产

（一）、转基因植物技术1、植物转基因技术定义

将优良性状的目的基因导入植物细胞或组织，并在其中进行表达，从而使植物获得新的性状。2、转基因方法介绍

原生质体为受体的直接转化法（简称原生质体法）农杆菌介导转化法（1974年）

基因枪法（1987年）第4页，课件共69页，创作于2023年2月

基因枪第5页，课件共69页，创作于2023年2月

3.转基因植物研究发展

1983年，转基因烟草、胡萝卜问世

1987年，转基因油菜、棉花产生

1988年，转基因水稻、玉米诞生

1992年，培育出转基因小麦

1994年，培育出转基因大麦20余种植物产品通过FDA认证13个国家种植转基因植物转基因作物商业化：遍布6大洲2000年商业化种植面积比1996年翻了几倍预测：2020年世界上80％-90％的农作物将是转基因植物第6页，课件共69页，创作于2023年2月4.转基因作物种植面积的发展：1996年170万公顷。1997年1100万公顷。1998年2780万公顷。

1999年3990万公顷。2000年4420万公顷。

2001年全球转基因植物种植面积首次突破5000万公顷。以转基因性状而言，2001年种植面积最大的仍然是抗除草剂转基因作物，其次是抗虫转基因作物。种植面积最大的国家仍然是美国，2001年种植面积达3570万公顷，其次为阿根廷1180万公顷，加拿大320万公顷，中国150万公顷。第7页，课件共69页，创作于2023年2月（二）转基因植物研究现状提高作物抗性抗虫棉、抗虫玉米、抗虫水稻、抗虫马铃薯、抗除草剂大豆、抗除草剂玉米、抗白叶枯水稻等。改良品质高含油玉米，使玉米含油量从3.5%升高至8.5%（美国杜邦公司投资17亿美元）改善大豆蛋白质质量,使其具有肌肉蛋白的营养含ω-3不饱和脂肪酸的高含油大豆含40%月桂酸的油菜籽耐储藏的延熟番茄增加马铃薯的固形物含量，以减少炸薯条用油第8页，课件共69页，创作于2023年2月保健型作物把植物改造成重要的药物(抗体)或工业原料的生产工厂----生物反应器（生产口服疫苗），利用香蕉、西红柿生产口服疫苗提高植物抗逆性抗低温、抗寒基因香蕉抗盐、抗旱植物，抗病基因：抗霉菌的转基因葡萄，提高德国雷司令葡萄酒的口味，保证了德国的葡萄酒的纯正口味第9页，课件共69页，创作于2023年2月(三)商业化生产步伐加快2000年底，世界各国批准的商业化生产的转基因作物有100多种，包括12种农作物,涉及转基因食品达4000余种在美国市场包装食品中转基因成分占60％,转基因食品的总交易量:1996年2.35亿美元

1998年12-15亿美元

2000年30亿美元以上预计2005年60亿美元

2010年200亿美元第10页，课件共69页，创作于2023年2月基因作物产品的销售额增长

1997年40亿美元

2002年85亿美元第11页，课件共69页，创作于2023年2月转基因技术带来了育种方法的革命传统杂交育种：时间长，至少需要8－12年突变育种：可加快育种速度，诱变的随机性高，筛选工作繁重分子育种：时间短，目的性强第12页，课件共69页，创作于2023年2月第13页，课件共69页，创作于2023年2月第14页，课件共69页，创作于2023年2月第15页，课件共69页，创作于2023年2月突变育种：CropCultivarNameMethodUsedtoInduceMutationriceCalrose76gammarayswheatAbovesodiumazideLewisthermalneutronsoatsAlamo-XX-raysgrapefruitRioRedthermalneutronsStarRubythermalneutronsburmudagrassTifeaglegammaraysTifgreenIIgammaraysTift94gammaraysTifwayIIgammarayslettuceIceCubeethylmethanesulphonateMini-GreenethylmethanesulphonatecommonbeanSeafarerX-raysSeawayX-rayslilacPrairiePetitethermalneutronsSt.AugustinegrassTXSA8202gammarays第16页，课件共69页，创作于2023年2月分子育种程序：第17页，课件共69页，创作于2023年2月标记基因启动子外源目的基因终止序列DNA---mRNA---蛋白质－性状第18页，课件共69页，创作于2023年2月第19页，课件共69页，创作于2023年2月第20页，课件共69页，创作于2023年2月第21页，课件共69页，创作于2023年2月转基因植物的生产(图例)样品比较（左为普通棉花，右为兔毛转基因棉花）抗除草剂大豆第22页，课件共69页，创作于2023年2月抗除草剂作物第23页，课件共69页，创作于2023年2月抗虫棉花第24页，课件共69页，创作于2023年2月第25页，课件共69页，创作于2023年2月第26页，课件共69页，创作于2023年2月抗CMV病毒转基因番茄抗CMV病毒转基因甜椒转查尔酮合酶矮牵牛花第27页，课件共69页，创作于2023年2月Twotomatoplantsartificiallyinoculatedwithbacterialspeckdisease.Plantonlefthasbeengeneticallyengineeredwithageneforresistancetothedisease,andplantonrightisasusceptible,non-engineeredvariety.第28页，课件共69页，创作于2023年2月Swissresearchershaveproducedricecapableofsynthesizingbeta-carotene,theprecursorofVitaminA(Yeetal.,2000).Thisricevarietyisnowbeingcrossedintoadaptedvarieties,withfieldtestspossibleinayearortwo.

Grapevinesaresusceptibletoseveraldiseasesthatreducetheamountandthequalityofwinegrapesandtablegrapesorevenkillthevine.Genesthatconferresistancetoparticulardiseaseswouldreducethecostofbattlingdiseasesinthevineyard.ResearchersattheUniversityofFloridahavepatentedamethodforproducinggrapevinesthatcarryasilkwormgenetoprovideprotectionfromPierce'sdisease,afatalbacterialdiseasethataffectsgrapesandseveralotherplants.第29页，课件共69页，创作于2023年2月Improvednutritionalcontentanddelayedripeningaretransgenictraitsofinterestintomatoes.Source:USDACanolaisamajoroilseedcrop.TransgenicresearchhasfocusedonimprovingthenutritionalqualityofcanolaoilbyenhancingtheVitaminEcontentorbymodifyingthebalanceoffattyacids.Nicotine-freetobaccoisnowbeinggrownforaprojectedintroductionofnicotine-freecigarettes第30页，课件共69页，创作于2023年2月Decaffeinatedcoffeeisnowmadebytreatingcoffeebeanstoremovethecaffeine.Othermethodsarecriticizedforremovingsomeofthedesirable,flavor-producingcomponentsalongwiththeundesirablecaffeine.PapayaisatropicalfruitrichinVitaminsAandC,butsusceptibletoanumberofseriouspestsanddiseases.ThetransgenicvarietyUHRainbow,resistanttothepapayaringspotvirus,iscurrentlyinproductioninHawaii.第31页，课件共69页，创作于2023年2月ImprovedTurfgrassforLawnsandRecreationalAreas

Thereareanumberofenvironmentalconcernsassociatedwiththecurrentuseofturfgrass.Theseincludetheamountofchemicalsapplied(fertilizers,herbicides,fungicides,andevengreendyes);thelargequantityofwaterrequiredtokeeplawnshealthy,especiallyintheWest;theenergyrequiredtomowlawns

第32页，课件共69页，创作于2023年2月Foodcropsengineeredtoproduceediblevaccinesagainstinfectiousdiseaseswouldmakevaccinationmorereadilyavailabletochildrenaroundtheworld.Whitemold(Sclerotinia)isaseriousproblemforsunflowerproducersinsomeareas.Resistancetothisdiseasewouldexpandtheareainwhichsunflowerscanbegrownandmightimproveyieldsinareasofcurrentcultivation.Acommerciallyavailablecultivarisnotexpectedbefore2005.第33页，课件共69页，创作于2023年2月转基因植物种植面积增长速度第34页，课件共69页，创作于2023年2月第35页，课件共69页，创作于2023年2月(三)转基因植物的发展趋势1.抗逆基因及抗逆分子育种2.提高作物品质：高含油、低饱和脂肪酸、高必需氨基酸、高营养（营养功能基因，维生素E）3.生物反应器－含疫苗的农作物4.清除重金属作物等第36页，课件共69页，创作于2023年2月基因工程与人类健康第37页，课件共69页，创作于2023年2月一、人类基因组计划概述（一）人类基因组计划

第38页，课件共69页，创作于2023年2月1、人类基因组计划的提出1986年，美国生物学家、诺贝尔奖获得者RenatoDulbecco首次提出人类基因组计划（简称

HGP）的设想。

1988年，国际人类基因组织成立。

1987年，中国开始在“863计划”中设立人类基因组研究课题。

1990年，美国国会批准正式启动人类基因组计划。

1999年，中国正式加入国际研究计划，完成1％，成为参与这一研究的唯一的一个发展中国家。3号染色体上的三千万个碱基对。第39页，课件共69页，创作于2023年2月2、人类基因组的概念整个基因组：DNA全部序列，10万个基因基因定位基因作图基因克隆第40页，课件共69页，创作于2023年2月生物物种间的差异第41页，课件共69页，创作于2023年2月人的个体差异第42页，课件共69页，创作于2023年2月人染色体及其标准带纹（常染色体和性染色体）差异差生的原因：染色体—DNA—氨基酸第43页，课件共69页，创作于2023年2月DNA双螺旋结构（遗传物质）决定形状的氨基酸序列（由DNA决定）第44页，课件共69页，创作于2023年2月人染色体上的30亿个碱基对第45页，课件共69页，创作于2023年2月一个碱基突变—氨基酸变异—蛋白质变异—人类疾病（镰刀性贫血病：谷氨酸—缬氨酸）第46页，课件共69页，创作于2023年2月

由于染色体、核基因突变导致的遗传性疾病：染色体病:先天愚型或称唐氏综合症，也称21三体综合征单因子遗传病：由单一因子引起的遗传性疾病。常染色体显性遗传病---多指（趾）症；常染色体隐性遗传—白化病，先天性聋哑等；性连锁显性遗传－－遗传性慢性肝炎；性连锁隐性遗传－－血友病，色盲等溶酶体贮积症，如苯丙酮尿症，半乳糖血症，粘多糖症合成酶缺陷，如血γ球蛋白缺乏症、白化病；肝豆状核变性（Wilson病）等血液病，如地中海貧血、镰状细胞贫血、血友病先天性肾上腺增生症、脊髓性肌肉萎缩症3.多因子遗传病:由两对以上微效基因共同作用造成的.

唇裂、腭裂、高血压、糖尿病、狂躁抑郁症、类风湿性关节炎及先天性心脏病等，均有多基因遗传基础，并各自有其遗传度。-----“易感人群”。环境因素影响越大，遗传度越低。第47页，课件共69页，创作于2023年2月3、人类基因组计划的目标人类基因组计划的起因－－解决包括肿瘤在内的人类疾病的分子遗传学问题，疾病基因的克隆是HGP的核心之一用15年时间，阐明人类基因组全部DNA序列,定位10万个基因：基因定位，基因作图，基因克隆建立储存这些信息的数据库；开发数据分析工具；研究HGP实施所带来的伦理、法律和社会问题第48页，课件共69页，创作于2023年2月人类基因组计划的意义：阐明基因结构与功能的关系细胞生长、发育、分化的分子机制疾病发生的分子机制为人类诊断和治疗疾病提供依据，为医疗产业带来新的革命生命科学与信息科学相结合，衍生出新的学科－生物信息学带动新兴高技术产业、技术、数据库和生物学资源推动农业、畜牧业、能源、环境相关产业的发展第49页，课件共69页，创作于2023年2月（二）人类基因组计划的研究现状

1、人类基因组测序2、某些疾病基因的定位克隆3、部分多基因病的研究4、中国的人类基因组研究：人类基因组的多样性的比较研究，肿瘤易感基因第50页，课件共69页，创作于2023年2月（三）人类基因组计划的应用1、人类基因组计划在基础理论研究方面的应用

（1）基因的结构与功能

（2）基因组结构特征

（3）新基因与蛋白质第51页，课件共69页，创作于2023年2月2、人类基因组计划在医学领域中的应用（1）基因时代：战胜特定疾病心脑血管疾病，糖尿病，癌症等疾病与基因序列的突变有关易感疾病与易感基因（2）基因诊断：金睛火眼

产前诊断，胎儿期疾病预测：忧郁症、心脏病第52页，课件共69页，创作于2023年2月二、医药生物技术发展状况（一）基因工程药物的发展现状

1、基因工程药物：蛋白质类药物、疫苗

2、基因工程药物发展现况

第53页，课件共69页，创作于2023年2月国外基因工程药物中文名称 英文名或缩写适应症

胰岛素 HumulinNovolinHumalog 糖尿病肿瘤坏死因子 TNF 各种肿瘤集落刺激因子Neupogen 人生长激素 ProtropinHumatropeNutropinAQ矮小病人干扰素 rhuIFNα2brhuIFNα2arhuIFNB抗癌rhuIFNrlb HCV,抗癌HBV,HVC等抗癌，多发硬化症肾癌，慢性肉芽肿白细胞介素 rhuIL 化疗，抗癌组织溶纤原激活剂RhuTpA 脑栓塞，心梗第54页，课件共69页，创作于2023年2月我国基因工程药物

（批准上市的药物和疫苗：12种；批准进入临床的：10种；进入临床研究的：10种）中文名称 英文名或缩写适应症

重组人干扰素a1b rhuIFNaIb 治疗病毒性角膜炎上皮生长因子 (EGF) 烧伤或创伤治疗外用药物粒细胞集落刺激因子 (GCSF) 癌症粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF) 癌症治疗引起的白细胞减少症红细胞生成素 (EPO)治疗慢性肾功能衰竭引起的贫血溶栓药物链激酶 (SK)治疗慢性肾功能衰竭引起的贫血重组人胰岛素 HumulinNovolinHumalog 糖尿病白细胞介素-2rhuIL-2类风湿第55页，课件共69页，创作于2023年2月（二）基因工程疫苗、诊断试剂、

诊断技术的发展1、基因工程疫苗2、诊断试剂、诊断技术的产生3、法医、犯罪鉴定

第56页，课件共69页，创作于2023年2月三、纳米技术在医学中的应用1、纳米生物技术:1nm=10-9m

用纳米技术制造的微型机器人

(体积只有句子中的标点符号大小)第57页，课件共69页，创作于2023年2月2、纳米生物材料的研发1）纳米药物载体和基因载体技术：以纳米颗粒作为药物和基因的携带载体，将药物、DNA和RNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面，同时也在颗粒表面耦联特异性的靶向分子，通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合，进入细胞内，实现安全有效地靶向性药物和基因治疗。2）用于恶性肿瘤诊断和治疗的药物载体主要由金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物性颗粒构成。

第58页，课件共69页，创作于2023年2月纳米药物载体降解过程第59页，课件共69页，创作于2023年2月生物技术在工业上

的应用第60页，课件共69页，创作于2023年2月生物技术是最古老的技术，其历史与人类文明同时开始中国人最早懂得了制酱、酿酒、造醋－－传统的酿造和发酵工业:现代生物技术特点：以基因工程为核心内容，包括细胞工程、酶工程和发酵工程的生物技术。向工业的其他领域发展，向高产、优质、高效、资源节约、环境友好型过度，形成生物材料产业、生物能源产业、生物化工产业及环境生物技术产业等等。第61页，课件共69页，创作于2023年2月1.食品工业2.石油工业3.化工工业4.化妆品工业5.纺织工业第62页，课件共69页，创作于2023年2月1.食品工业转基因食品－－转基因动物和转基因植物,转基因食品渗透到食品工业的各个方面，转基因食品工业产值达2500亿美元生物反应器－含疫苗的农作物、水果基因工程生产需用激素－增加产奶量和瘦肉型化的重组生长激素；改变奶成分－除去乳糖和乳球蛋白，高酪蛋白，品质育种—提高小麦硬度，减少对淀粉的破坏，提高米的品质；控制小麦谷蛋白亚基的数量，改善面粉的粘弹性等第63页，课件共69页，创作于2023年2月2．石油工业（1）利用微生物勘探石油（2）油污及其他有机物、污水的处理：自然状态和人为施加微生物

第64页，课件共69页，创作于2023年2月