3.3基因工程的应用课件-高二下学期生物人教版选择性必修3

1.基因工程的基本操作程序主要包括哪四个步骤？核心步骤是哪一步？2.什么是目的基因？常用的目的基因有哪些？3.什么是PCR？进行PCR需要什么条件？4.PCR大致过程是怎样的？扩增的结果是什么？PCR的产物通常如何鉴定？5.什么是引物？引物的作用是什么？引物的选择一般需要注意什么？6.用PCR可以扩增mRNA吗？7.利用PCR是否成功扩增出DNA片段如何判断？如果扩增不成功，可能是什么原因造成的？进行电泳鉴定的结果如果不止一条条带，可能原因是什么？1．构建基因表达载体的目的是什么？一个完整的基因表达载体应该包括哪些元件？什么是启动子、终止子？什么是起始密码子？什么是终止密码子？基因表达载体如何构建？2．将生物的所有DNA直接导入受体细胞不是更简便吗？如果这么做，效果会怎样？3．什么是转化？转化植物细胞常用方法有哪些？分别适用于什么植物？4．转化动物细胞一般用什么方法？通常选用什么细胞作为受体细胞？5．转化微生物细胞一般采用什么方法？如何使大肠杆菌处于感受态？选择大肠杆菌作为受体细胞有何优势？6．目的基因导入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性，该如何检测与鉴定.温故知新第3章基因工程第3节

基因工程的应用

1.基因工程的应用有哪些？2.怎样正确看待基因工程在生产和生活中的应用？本节聚焦：

传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中获取。曾经生产供一位糖尿病病人使用一年的胰岛素，需要上千头牛，生产的成本非常高。1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢?从社会中来基因工程的应用一、基因工程在农牧业方面有哪些应用？二、基因工程在医药卫生领域有何应用？三、基因工程在食品工业方面有何应用？关注目的基因的不同关注受体细胞的不同注意什么是基因工程菌？转基因抗虫植物转基因抗除草剂植物转基因抗病植物改良植物的品质转基因抗虫棉转基因抗病毒甜椒用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田转基因矮牵牛1、转基因作物一、基因工程在农牧业方面的应用提高动物的生长速率改善畜产品的品质2、转基因动物转基因鲤鱼转基因（肠乳糖酶基因）牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响一、基因工程在农牧业方面的应用让转基因哺乳动物批量生产药物用转基因动物作为器官移植的供体对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物医药卫生领域的应用二、基因工程在医药卫生领域的应用1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场。细胞因子、抗体、疫苗和激素等(1)药物类型：(2)实例：二、基因工程在医药卫生领域的应用

干扰素是人体或动物受到病毒侵染后产生的一种细胞因子，是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等。(1)传统生产方法：(2)现代生产方法：人干扰素基因质粒重组质粒大肠杆菌或酵母菌可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌构建导入培养资料卡从人血液中白细胞提取，每300L血液只能提取1mg干扰素注意：抗生素（抗细菌药物）≠干扰素（抗病毒药物）

真核生物的DNA转录形成的RNA需要加工处理成为成熟的mRNA后才能作为下一步翻译的模板，而原核生物不需要。1、人干扰素基因在大肠杆菌中能正常表达出蛋白质吗？原核生物无剪切内含子的酶；采用mRNA逆转录获得无内含子的目的基因2、在大肠杆菌中合成的干扰素（糖蛋白）有活性吗？大肠杆菌中只有核糖体，没有内质网和高尔基体等其它细胞器，不能加工形成有活性的干扰素/胰岛素。大肠杆菌酵母菌阅读教材有关内容，梳理利用基因工程等技术获得乳腺生物反应器的流程图。2.让转基因哺乳动物批量生产药物二、基因工程在医药卫生领域的应用2.让转基因哺乳动物批量生产药物(1)实例：乳腺生物反应器（乳房生物反应器）(2)培育过程：药用蛋白基因乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件基因表达载体受精卵泌乳期分泌乳汁转基因动物药物蛋白显微注射胚胎胚胎移植让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达二、基因工程在医药卫生领域的应用胚胎移植前应做DNA分析，鉴定性别，保留雌性。(1)动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定。2.让转基因哺乳动物批量生产药物(3)优点：目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品(2)产物直接经乳汁分泌，易提取。二、基因工程在医药卫生领域的应用药用蛋白基因膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件基因表达载体受精卵转基因动物药物早期胚胎培养早期胚胎显微注射胚胎移植培育过程膀胱生物反应器尿液拓展：用基因工程技术获得膀胱生物反应器的流程图?膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器?(1)正常尿液中蛋白质含量很少，所以从尿液中更容易提取分离产物。

(2)不受性别限制，受体来源更广泛。(3)不受年龄限制。比较内容乳腺生物反应器工程菌基因结构基因表达生产条件药物提取乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物比较动物基因结构与人类的基因结构基本相同细菌和酵母菌的基因结构与人类有较大差异不需严格灭菌；温度等外界条件对其影响不大从动物乳汁中提取细菌合成的药物蛋白可能没有活性需严格灭菌；严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件从微生物细胞或其培养液中提取合成的药物蛋白与天然蛋白质相同3.用转基因动物作为器官移植的供体（1）选用猪作为器官移植供体的原因：①猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似。②与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。（2）难题：免疫排斥二、基因工程在医药卫生领域的应用3.用转基因动物作为器官移植的供体（3）解决办法：在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。二、基因工程在医药卫生领域的应用目的基因2022年1月7日，马里兰大学医学院进行了世界首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术，57岁的心脏病患者大卫·贝内特（DavidBennett）接受了一颗经过基因编辑的猪心脏以挽救生命。2022年3月8日，大卫·贝内特因病情恶化而不幸去世，这颗猪心脏让他延长了2个月寿命。异种器官移植之路道阻且长1.基因工程菌——用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。（1）产品：药物、酶、氨基酸和维生素等——阿斯巴甜，一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。三、基因工程在食品工业方面的应用基因工程构建基因工程菌工业发酵批量生产——凝乳酶：大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。1.基因工程菌（1）产品：酶、氨基酸和维生素等三、基因工程在食品工业方面的应用将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶.——淀粉酶、脂酶：加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。1.基因工程菌（1）产品：酶、氨基酸和维生素等三、基因工程在食品工业方面的应用纯度更高、生产成本显著降低、生产效率较高基因工程获得的工业用酶的优点：利用经过基因改造的微生物生产清洁能源培育可以降解多种污染物的“超级细菌”治理环境污染——基因工程在其它方面的应用

基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来拓展毒物诱导型启动子S在毒物诱导下可启动转录。研究人员将PCR扩增得到的毒物诱导型启动子S（如图2，图中箭头表示转录方向）插入图1载体的P区，构建表达载体并转入大肠杆菌，获得能够检测水中毒物的大肠杆菌M。回答下列问题：(1)人工构建pBR322质粒除了含特定限制酶切割位点、标记基因、复制原点外，还必须有_____________（答出两点）等。基因中启动子的作用是______________________。(2)切割质粒载体最好用两种限制酶，而启动子S上不含有这些限制酶的酶切位点，需要在引物_______（5’、3’）上添加。图2中引物Ⅰ、Ⅱ分别加入限制酶________________的识别序列。启动子、终止子RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA(3)用Ca2+处理大肠杆菌，便于转入构建好的表达载体。可以使用添加__________的培养基筛选转入载体的菌株。(4)请写出利用大肠杆菌M检测水体是否被毒物污染的实验思路，并预期实验结果及结论。实验思路：____________。预期实验结果及结论：____________。实时荧光RT-PCR可用于RNA病毒的核酸检测，其原理是∶在PCR复性过程中探针和引物一起与模板结合，探针两侧分别带有荧光基团和抑制荧光发出的淬灭基团，新链延伸过程中，DNA聚合酶会水解探针，导致荧光基团与淬灭基团分离而发出荧光。利用RT-PCR进行核酸检测的相关过程如图所示。下列说法错误的是（

）A．做RT-PCR之前，需要先根据cDNA的核苷酸序列合成引物和探针B．RNA不能作为PCR扩增的模板，故需要将样本中的RNA反转录为DNA后再进行扩增C．若检测结果有强烈荧光信号发出，说明被检测者没有感染病毒D．病毒检测还可以检测病毒的物质或病毒引发产生的抗体，其原理都是抗原-抗体杂交C

巩固练习

每扩增一条DNA链，就有一个荧光分子产生。荧光定量PCR仪能够监测出荧光到达预先设定阈值的循环数（Ct值），病毒核酸浓度越高，Ct值越_______。不同生产企业的产品会依据自身产品的性能确定本产品的阳性判断值。越小4．如图表示科研人员利用乙烯合成酶的反义基因，通过转基因技术获得耐储存的转基因番茄的过程。下列相关叙述错误的是(

)23567891112141013A．该转基因技术所用的目的基因是乙烯合成酶基因B．乙烯合成酶的反义基因与乙烯合成酶基因的区别是转录的模板链不同C．由图可知过程⑤依据的原理是碱基互补配对原则D．转基因番茄中乙烯含量低的原因可能是乙烯合成酶基因的翻译过程受阻A小结转基因抗虫植物基因工程的应用农牧业方面医药卫生领域转基因抗病植物转基因抗除草剂植物改善畜产品的品质提高动物的生长速率改良植物的品质利用哺乳动物批量生产药物：乳腺生物反应器建立移植器官工厂食品工业方面利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素利用微生物或动植物细胞生产药物课后作业：练习与应用一.概念检测1.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列相关叙述正确的是（）A.转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶B.发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物C.大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传D.大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等C练习与应用一.概念检测2.基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是（）A.培育青霉菌并从中提取青霉素B.利用乳腺生物反应器生产药物C.制造一种能降解石油的“超级细菌"D.制造一种能产生干扰素的基因工程菌A练习与应用二、拓展应用除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。（1）下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的流程，请补充完整。①用_____________________________等处理含有目的基因的DNA片段和T质粒，构建重组Ti质粒；②将重组Ti质粒转入农杆