基因工程與轉基因生物

1、第3節(jié) 基因工程與轉基因生物l Chimera Chimera - -客邁拉客邁拉l 英招英招思考：思考：1 1、為什么能把一種生物的基因、為什么能把一種生物的基因“嫁接嫁接”到另一到另一 種生物上？種生物上？2 2、推測這種、推測這種“嫁接嫁接”怎樣能實現？怎樣能實現？3 3、這種、這種“嫁接嫁接”對品種的改良有什么意義？對品種的改良有什么意義？遺傳遺傳賦于物種的賦于物種的穩(wěn)定穩(wěn)定，保證物種的延續(xù)不斷。，保證物種的延續(xù)不斷。賦于物種的賦于物種的進化進化，保證物種對各種環(huán)境的適應。，保證物種對各種環(huán)境的適應。在生物演變的長河中，在生物演變的長河中，自然發(fā)生的變異是非常自然發(fā)生的變異是非常緩慢的

2、緩慢的，隨著生物科學的發(fā)展，人類開始學會干，隨著生物科學的發(fā)展，人類開始學會干預生物的變異。預生物的變異。p 雜交育種雜交育種1.1.只能利用已有基因的重組，只能利用已有基因的重組，不能創(chuàng)造新的基因不能創(chuàng)造新的基因。2.2.育種育種進程緩慢進程緩慢，過程繁瑣過程繁瑣。3. 3. 不能跨越物種界限不能跨越物種界限。p 基因工程1.1.概念概念 依據預先設計的藍圖，用依據預先設計的藍圖，用人工方法人工方法將將某種生物的基某種生物的基因因，接合到另一種生物的基因組接合到另一種生物的基因組DNADNA中并使其表達，中并使其表達，使后者獲得新的遺傳性狀，使后者獲得新的遺傳性狀，產生產生出人類所需要的出人

3、類所需要的產產物物，或創(chuàng)造出，或創(chuàng)造出新的生物新的生物類型的現代生物技術。類型的現代生物技術。 原原 理：理： 操作水平：操作水平： 結結 果：果：基因重組基因重組DNADNA分子水平分子水平定向改造定向改造生物的遺傳性狀，獲生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。得人類所需要的品種。蘇云金芽孢桿菌蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因抗蟲基因運載體（運載體（DNADNA）導入導入普通棉花（無抗蟲特性）普通棉花（無抗蟲特性）棉花細胞（含棉花細胞（含抗蟲基因抗蟲基因）棉花植株（棉花植株（有抗蟲特性有抗蟲特性）提取提取p 基因工程 抗蟲棉抗蟲棉p 基因的基因的“剪刀剪刀”p 基因的基因的“漿糊漿糊”p 基因的基因的

4、“運輸工具運輸工具”需要三種工具：需要三種工具：p 基因工程1 1、 基因的基因的“剪刀剪刀”工具工具種類種類: :來源來源: :特點特點: :主要存在于微生物主要存在于微生物一種限制酶一種限制酶只能識別只能識別一種特定的核一種特定的核苷酸序列苷酸序列, ,并在并在特定切點特定切點切割切割DNADNA分子分子已發(fā)現的有已發(fā)現的有200200多種多種限制性內切酶限制性內切酶（EcoREcoR）作用過程）作用過程G C T T A A A A T T C G被同一種限制酶切斷的幾個被同一種限制酶切斷的幾個DNADNA是否具是否具有相同的黏性末端？有相同的黏性末端？思考:形成的黏性末端不同不同的限制

5、酶呢？不同的限制酶呢？具有p 基因工程 工具工具2 2、 基因的基因的“漿糊漿糊”作用：作用：將將互補配對互補配對的的兩個黏性末端兩個黏性末端連接起連接起來，使之成為一個完整的來，使之成為一個完整的DNADNA分子。分子。DNADNA連接酶連接酶的作用過程的作用過程G C T T A A A A T T C G作用位點：作用位點：相鄰的兩個脫氧核苷酸的切口。相鄰的兩個脫氧核苷酸的切口。DNADNA連接酶連接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C

6、T T A A A A T T C G用同種限制酶切割用同種限制酶切割抗蟲基因抗蟲基因運載體基因運載體基因p 基因工程 工具工具3 3、 基因的基因的“分子運輸車分子運輸車”l 能在宿主細胞內自我能在宿主細胞內自我復制復制并穩(wěn)定地并穩(wěn)定地保存保存l 具有具有多個限制酶切點多個限制酶切點l 具有具有標記基因標記基因p 基因工程 工具工具3 3、 基因的基因的“分子運輸車分子運輸車”質粒質粒最常用最常用l 雙鏈閉環(huán)雙鏈閉環(huán)DNADNA分子分子l 能自我復制能自我復制l 帶抗性基因帶抗性基因p 基因工程的基本過程1.1.獲取目的基因獲取目的基因什么是目的基因？什么是目的基因？獲得目的基因的獲得目的基

7、因的 方法有哪些？方法有哪些？p 基因工程的基本過程1.1.獲取目的基因獲取目的基因2.2.目的基因與目的基因與 運載體重組運載體重組此處的運載體是什么？此處的運載體是什么？為什么切取目的基因為什么切取目的基因和切開質粒一般要用相和切開質粒一般要用相同的限制酶？同的限制酶？p 基因工程的基本過程1.1.獲取目的基因獲取目的基因2.2.目的基因與目的基因與 運載體重組運載體重組3.3.重組重組DNADNA分子導入受體分子導入受體 細胞細胞什么是受體細胞？什么是受體細胞？受體細胞有哪些？受體細胞有哪些？p 基因工程的基本過程1.1.獲取目的基因獲取目的基因2.2.目的基因與目的基因與 運載體重組運

8、載體重組3.3.重組重組DNADNA分子導入受分子導入受 體細胞體細胞4.4.篩選含目的基因篩選含目的基因 的受體細胞的受體細胞p 基因工程的基本過程怎樣檢驗抗蟲基因在棉細胞內是否表達呢？怎樣檢驗抗蟲基因在棉細胞內是否表達呢？沒有抗蟲基因沒有抗蟲基因的棉植株的棉植株有抗蟲基因的有抗蟲基因的棉植株棉植株棉鈴蟲棉鈴蟲蟲沒有死蟲沒有死蟲被殺死蟲被殺死沒有表達沒有表達目的基因表達目的基因表達p 基因工程的基本過程 獲取目的基因獲取目的基因 目的基因與運載體重組目的基因與運載體重組 重組重組DNADNA分子導入受體細胞分子導入受體細胞 篩選含目的基因的受體細胞篩選含目的基因的受體細胞四個步驟：四個步驟：

9、要使目的基因與對應的載體重組，所需的兩種酶是要使目的基因與對應的載體重組，所需的兩種酶是（ ） 限制酶連接酶解旋酶還原酶限制酶連接酶解旋酶還原酶 實施基因工程的第一步的一種方法是把所需的基因從供實施基因工程的第一步的一種方法是把所需的基因從供體細胞內分離出來，這要利用限制性內切酶。體細胞內分離出來，這要利用限制性內切酶。一種限制性一種限制性內切酶能識別分子的順序，切點在內切酶能識別分子的順序，切點在和之間和之間，這是利用了酶的（，這是利用了酶的（ ） 高效性專一性高效性專一性 多樣性催化活性易受外界影響多樣性催化活性易受外界影響p 轉基因技術的應用將目的基因轉入受體細胞將目的基因轉入受體細胞細

10、菌細菌植物植物動物動物基因工程菌基因工程菌轉基因植物轉基因植物轉基因動物轉基因動物發(fā)酵工程發(fā)酵工程細胞工程細胞工程優(yōu)良動植物品系優(yōu)良動植物品系p 轉基因生物產品的安全性現在國內都有哪些轉基因食品？現在國內都有哪些轉基因食品？第一批列入目錄的農業(yè)轉基因生物是：第一批列入目錄的農業(yè)轉基因生物是：大豆大豆：大豆種子、大豆、大豆粉、大豆油、豆粕：大豆種子、大豆、大豆粉、大豆油、豆粕玉米玉米：玉米種子、玉米、玉米油、玉米粉：玉米種子、玉米、玉米油、玉米粉油菜油菜：油菜種子、油菜籽、油菜籽油、油菜籽粕：油菜種子、油菜籽、油菜籽油、油菜籽粕棉花種子棉花種子番茄番茄：番茄種子、鮮番茄、番茄醬：番茄種子、鮮番茄

11、、番茄醬轉基因生物轉基因生物安全嗎安全嗎? ?p 轉基因生物產品的安全性 支持派支持派認為：如果轉基因農業(yè)生物認為：如果轉基因農業(yè)生物技術得不到社會支持，這一研究將技術得不到社會支持，這一研究將被扼殺，并且強調，迄今為止并沒被扼殺，并且強調，迄今為止并沒有發(fā)現轉基因食品危害人體健康和有發(fā)現轉基因食品危害人體健康和環(huán)境的確切證據。環(huán)境的確切證據。轉基因生物轉基因生物安全嗎安全嗎? ?p 轉基因生物產品的安全性l 一英國科學家聲稱，一英國科學家聲稱，轉基因馬鈴薯轉基因馬鈴薯會會減弱減弱 老鼠免疫系統(tǒng)老鼠免疫系統(tǒng)功能；功能；l 美國康乃爾大學也發(fā)現，美國康乃爾大學也發(fā)現，轉基因玉米轉基因玉米會會危危

12、害蝴蝶幼蟲害蝴蝶幼蟲及其相關生態(tài)環(huán)境。及其相關生態(tài)環(huán)境。l 環(huán)保團體認為這種違反自然的轉基因作物環(huán)保團體認為這種違反自然的轉基因作物及產品，及產品，未經長期安全測試未經長期安全測試，長期食用可，長期食用可能對人類及生態(tài)環(huán)境造成負面影響。能對人類及生態(tài)環(huán)境造成負面影響。l 尤其是注重尤其是注重環(huán)境和生態(tài)保護環(huán)境和生態(tài)保護的歐盟國家，的歐盟國家，對轉基因作物更加排斥，因而抵制美國對轉基因作物更加排斥，因而抵制美國GMOGMO產品的進口。產品的進口。p 轉基因生物產品的安全性1 1、轉基因生物本身是否會對、轉基因生物本身是否會對生物環(huán)境生物環(huán)境造成不造成不利的影響？利的影響？A A、轉基因植物演變成

13、、轉基因植物演變成農田雜草農田雜草的可能性。的可能性。B B、誘發(fā)、誘發(fā)病蟲產生抗性病蟲產生抗性。p 轉基因生物產品的安全性2 2、轉基因生物本身是否會對、轉基因生物本身是否會對人體健康人體健康造成不造成不 利的影響？利的影響？l 有毒物質有毒物質l 過敏性過敏性 英國英國“普茲臺事件普茲臺事件”：19981998年，英國羅伊特研究年，英國羅伊特研究所普茲臺教授說他的實驗證明，幼鼠食用轉基因所普茲臺教授說他的實驗證明，幼鼠食用轉基因土豆會使內臟和免疫系統(tǒng)受損。土豆會使內臟和免疫系統(tǒng)受損。 美國的美國的“斑蝶事件斑蝶事件”：19991999年美國康乃爾大年美國康乃爾大學副教授約翰學副教授約翰羅西

14、在羅西在自然自然上發(fā)表文章上發(fā)表文章說，一種轉基因玉米可產生殺死害蟲的花粉，說，一種轉基因玉米可產生殺死害蟲的花粉，而身為益蟲的一種美州大蝴蝶食用了這種轉而身為益蟲的一種美州大蝴蝶食用了這種轉基因玉米花粉后有基因玉米花粉后有4444死亡。死亡。p 基因工程的基本過程目的基因目的基因是人們?yōu)榱说玫狡浔磉_產物而把它轉入到是人們?yōu)榱说玫狡浔磉_產物而把它轉入到 新的生物體中去的基因新的生物體中去的基因從生物體細從生物體細胞中分離胞中分離獲得目的基獲得目的基因的方法因的方法 基因定位基因定位用限制酶從用限制酶從DNADNA分分子中切取子中切取 mRNA mRNA DNA DNA逆轉錄酶逆轉錄酶通過化學方

15、通過化學方法人工合成法人工合成1.1.獲取目的基因獲取目的基因p 基因工程的基本過程目的基因目的基因是人們?yōu)榱说玫狡浔磉_產物而把它轉入到是人們?yōu)榱说玫狡浔磉_產物而把它轉入到 新的生物體中去的基因新的生物體中去的基因從生物體細從生物體細胞中分離胞中分離獲得目的基獲得目的基因的方法因的方法 基因定位基因定位用限制酶從用限制酶從DNADNA分分子中切取子中切取通過化學方法人工合成通過化學方法人工合成1.1.獲取目的基因獲取目的基因p 基因工程的基本過程1.1.概念：概念： 導入的生物細胞，即能接納重組導入的生物細胞，即能接納重組DNADNA的活細胞的活細胞 。受體細胞受體細胞2.2.種類：大腸桿菌種

16、類：大腸桿菌 植物細胞植物細胞 動物細胞動物細胞 微生物細胞微生物細胞p 基因工程的基本過程1.1.獲取目的基因獲取目的基因2.2.目的基因與目的基因與 運載體重組運載體重組3.3.重組重組DNADNA分子導入受體分子導入受體 細胞細胞4.4.篩選含目的基因篩選含目的基因 的受體細胞的受體細胞此處目的基因具體此處目的基因具體是什么基因？是什么基因？獲得目的基因的方獲得目的基因的方法有哪些？法有哪些？此處的運載體此處的運載體是什么？是什么？為什么切取目為什么切取目的基因和切開質的基因和切開質粒一般要用相同粒一般要用相同的限制酶？的限制酶？什么是受體細胞？什么是受體細胞？受體細胞有哪些？受體細胞有

17、哪些？p 基因工程的基本過程篩選含目的基因的受體細胞篩選含目的基因的受體細胞將重組將重組DNADNA分子導入受體細胞的頻率一般僅在分子導入受體細胞的頻率一般僅在 1010 -7-7左右。左右。得到得到目的基因的目的基因的受體細胞極少受體細胞極少，大量的是，大量的是未未 成功導入的細胞。成功導入的細胞。p 轉基因技術的應用1.1.微生物基因工程微生物基因工程 制藥方面制藥方面胰島素、生長激素、干擾素、胰島素、生長激素、干擾素、白細胞介素、乙肝疫苗等白細胞介素、乙肝疫苗等 長期以來治療糖尿病的特效藥長期以來治療糖尿病的特效藥胰島素從豬、牛胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，等動物的胰腺中提取，100

18、kg100kg胰腺胰腺只能只能提取提取4-5g4-5g的胰島的胰島素素，治療，治療一位糖尿病患者一位糖尿病患者，每年所需的胰島素用量，需，每年所需的胰島素用量，需要要4040頭?；蝾^?；?050頭豬的胰臟頭豬的胰臟。 1978 1978年年9 9月，科學家成功實現了由大腸桿菌生產人月，科學家成功實現了由大腸桿菌生產人胰島素。他們胰島素。他們2000L2000L的大腸桿菌的大腸桿菌培養(yǎng)液中，獲得了培養(yǎng)液中，獲得了100kg100kg胰島素胰島素，相當于相當于從從1 1噸豬胰臟噸豬胰臟中獲得的產量。從此，大中獲得的產量。從此，大規(guī)模生產胰島素開始了。規(guī)模生產胰島素開始了。19801980年，世界上

19、第一家用基因年，世界上第一家用基因工程生產人胰島素的工廠開始建造。兩年后，基因工程工程生產人胰島素的工廠開始建造。兩年后，基因工程生產的人胰島素正式進入市場。這是生產的人胰島素正式進入市場。這是人類第一個基因工人類第一個基因工程產業(yè)化的產品程產業(yè)化的產品。p 轉基因技術的應用1.1.微生物基因工程微生物基因工程 環(huán)境保護方面環(huán)境保護方面基因工程做成的基因工程做成的“超級細菌超級細菌”能吞食和分解多能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質。種污染環(huán)境的物質。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的培育成功的“超級細菌超級細菌”卻能卻能分解石油中的多種烴類化分解石油中的多種烴類化合物合物。有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解。有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解DDTDDT等等毒害物質。毒害物質。p 轉基因技術的應用2.2.植物基因工程植物基因工程抗蟲棉抗蟲棉抗寒油菜抗寒油菜抗旱玉米抗旱玉米防乙肝土豆防乙肝土豆轉基因番茄轉基因番茄在食品、醫(yī)藥等領的在食品、醫(yī)藥等領的應用：應用：獲得獲得抗逆性抗逆性、高產高產、高營養(yǎng)價值高營養(yǎng)價值的農作的農作物等物等