第六章遗传信息的传递和表达 第3节基因工程与转基因生物

第3节基因工程和转基因生物孔慧敏2007-10学习目标理解基因工程的概念理解基因工程的基本过程理解基因工程的应用及其可能带来的安全性问题转基因作物

目前种植最多的转基因作物是：大豆、玉米、棉花、油菜。抗虫棉为什么要研制抗虫棉在1992年前，棉花的一个生长季节，用农药防治棉铃虫1—3次就足够了，而当年则要防治20次以上。棉铃虫防治都在夏天气温最高的时候，棉农喷农药时会出汗，农药容易通过汗液进入人体，导致中毒事件的发生。据不完全统计，1992年—1994年间，农药中毒人数超过24万，每年给国家和棉农造成100多亿元的经济损失。为什么研制抗虫棉“我记得当时有一个报道，河北省1992年的棉花平均亩产量是23斤，当时全国的平均水平是120—130斤/亩，绝大部分都损失掉了。我们作为搞棉花研究的科技人员，当时确实很心酸啊。”中国农业科学院棉花研究所副所长李付广感慨地说。为什么研制抗虫棉郭三堆（中国抗虫棉之父）在一次调查中看到，一位种地的老汉，儿子儿媳妇喷农药中毒死了，老汉还带着孙子在种棉花。“当他们知道我们是从北京来的，而且我们告诉他一旦搞出抗虫棉的话，将来就少喷农药，甚至不喷农药了，老汉马上激动得流出了眼泪。”从农村出来的郭三堆，很能体会农民的艰辛，也更坚定了搞抗虫棉研究的决心。普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因与运载体DNA拼接导入棉花细胞(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特性)上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？基因工程培育抗虫棉的简要过程：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接关键步骤三：抗虫基因导入受体(棉花)细胞基因工程培育抗虫棉的关键步骤一、基因工程基因是什么？遗传信息是什么？基因在不同生物中能表达出相同的蛋白质吗？基因工程指什么？基因工程操作时需要什么工具？基因工程的基本过程是怎样的？基因是携带遗传信息，并具有遗传效应的DNA片段。遗传信息DNA分子中脱氧核苷酸排列顺序。基因工程依据预先设计的蓝图，用人工方法将某种生物的基因，接合到另一种生物的基因组DNA中并使其表达，使后者获得新的遗传性状，产生出人类所需要的产物，或创造出新的生物类型的现代生物技术。基因工程的三种必备工具限制性内切酶DNA连接酶质粒化学剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）

限制酶是在生物体(主要是微生物)内的一种酶，能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。特点：特异性。即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。基因操作的工具化学剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）

大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。限制酶基因操作的工具化学剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）限制酶基因操作的工具重播什么叫黏性末端？

被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。基因操作的工具要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？要切两个切口，产生四个黏性末端。如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？

会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。基因操作的工具化学浆糊——DNA连接酶

DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。基因操作的工具重播化学浆糊──DNA连接酶连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。基因的运载工具——运载体：基因操作的工具外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？导入过程需要运输工具——运载体。运载体的作用有哪些？作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫基因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞)内，对外源基因(抗虫基因)进行大量复制。基因操作的工具作为运载体必须具备哪些条件？1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。3）具有某些标记基因，便于进行筛选。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。基因操作的工具质粒：

质粒是细菌中独立于拟核DNA之外，能自主复制的双链闭环的DNA分子。

质粒是基因工程最常用的运载体。基因操作的工具基因的操作工具质粒的作用：携带外源基因进入受体细胞。进行自主复制或接合到染色体DNA上，随染色体DNA复制。大肠杆菌的质粒：

最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四环素的标记基因。质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内完成。基因操作的工具四个基本步骤：1）提取目的基因2）目的基因与运载体重组3）将重组DNA分子导入受体细胞4）目的基因的检测和表达二、基因工程的基本过程动画演示小结目的基因

目的基因是人们为了得到其表达产物而把它转入到新的生物体中去的基因。

如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、生长激素基因等。二、基因工程的基本过程1、目的基因的获取直接分离基因确定目的基因的位置限制酶切取人工合成基因1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。

2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。

3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）

目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。2、目的基因与运载体重组2、目的基因与运载体结合常用的受体细胞：

有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。将目的基因导入受体细胞的原理借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。3、重组DNA分子导入受体细胞

含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。3、重组DNA分子导入受体细胞人生长激素基因荧光基因4、筛选含目的基因的受体细胞基因工程——动画基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的基因产物剪切→拼接→导入→表达实质基因重组基因工程小结1）基因工程中DNA重组最常见的运载体是……（）

A、病毒DNAB、细菌质粒DNAC、植物DNAD、动物DNAB练习2）能够使植物表达动物蛋白的育种方法是（）

A、杂交育种

B、基因工程育种

C、射线照射育种

D、药物浸泡种子B练习3）有关基因工程的叙述中，错误的是（）

A、DNA连接酶可将任意DNA片段的碱基对连接起来

B、限制性内切酶用于目的基因的获得

C、目的基因须由运载体导入受体细胞

D、人工合成目的基因不用限制性内切酶A练习4）有关基因工程的叙述正确的是（）

A、限制酶只在获得目的基因时才用

B、重组质粒的形成在细胞内完成

C、质粒是唯一的运载体

D、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D练习5）实施基因工程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，这要利用限制酶。一种限制酶能识别DNA分子中的GAATTC顺序，切点在G和A之间，这是应用了酶的（）

A、高效性B、专一性C、多样性

D、催化活性受外界条件影响B练习三、转基因技术的应用１、微生物基因工程我国生产的部分基因

工程疫苗和药物微生物繁殖迅速、结构简单、遗传操作较为容易，微生物基因工程技术成熟、研制周期短、可通过发酵大量生产等优点。

20世纪80年代开始，微生物基因工程规模化生产药用蛋白质。胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-