基因工程與其應(yīng)用

基因工程與其應(yīng)用第1頁/共64頁能發(fā)光的水母不能發(fā)光的熱帶斑馬魚

能否能否讓熱帶魚也能發(fā)光?設(shè)想第2頁/共64頁能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚普通熱帶斑馬魚是不發(fā)熒光的第3頁/共64頁超級(jí)小鼠與超級(jí)魚第4頁/共64頁請(qǐng)您欣賞抗蟲害的玉米抗蟲棉能產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌第5頁/共64頁從大腸桿菌說起－－胰島素

胰島素每100kg豬或牛的胰腺中提取4~5g胰島素

1979年，利用大腸桿菌的DNA分子重組，2000L培養(yǎng)液提取100g，相當(dāng)于2噸豬胰腺中提取的量第6頁/共64頁從大腸桿菌說起－－干擾素

干擾素一千克純的干擾素價(jià)值可達(dá)440億美元。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法：血液中提出白細(xì)胞，然后用病毒去感染它，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生干擾素，1個(gè)細(xì)胞最多生產(chǎn)100~1000個(gè)干擾素分子基因工程：改造的大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)：一天內(nèi)便可生產(chǎn)20萬個(gè)干擾素分子。1KG培養(yǎng)物中可以得到20~40mg干擾素第7頁/共64頁思考：1、為什么能把一種生物的基因“嫁接”到另一種生物上？2、推測(cè)這種“嫁接”怎樣能實(shí)現(xiàn)？3、這種“嫁接”對(duì)品種的改良有什么意義？第8頁/共64頁什么叫基因工程?基因工程的基本操作步驟有哪些?歸納出科學(xué)家實(shí)施基因工程的總體思路。閱讀教材P102，解決以下問題：第9頁/共64頁一、基因工程原理

基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。

通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的個(gè)別基因復(fù)制出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀（目的）。第10頁/共64頁原理：操作水平：結(jié)果：目的基因供體細(xì)胞受體細(xì)胞基因重組DNA分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。獲得新性狀第11頁/共64頁提取培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的簡(jiǎn)要過程你認(rèn)為上述培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟有哪些？普通大腸桿菌(不能分泌胰島素)人體組織細(xì)胞胰島素基因與運(yùn)載體DNA拼接導(dǎo)入大腸桿菌(含胰島素基因)轉(zhuǎn)基因大腸桿菌(能分泌胰島素)實(shí)例展示：第12頁/共64頁培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟1.ONE胰島素基因從人體細(xì)胞內(nèi)提取出來2.TWO胰島素基因與運(yùn)載體DNA連接3.THREE胰島素基因?qū)胧荏w(大腸桿菌)細(xì)胞基因的“剪刀”基因的“針線”基因的運(yùn)載體第13頁/共64頁基因的剪刀—限制性內(nèi)切酶（簡(jiǎn)稱限制酶）

（一）基因操作的工具

限制酶是在生物體(主要是微生物)內(nèi)的一種酶，能將外來的DNA切斷，由于這種切割作用是在DNA分子內(nèi)部進(jìn)行的，故名限制性內(nèi)切酶。特點(diǎn)：專一性。即一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。第14頁/共64頁

大腸桿菌(EcoRI)的一種限制酶能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開。限制酶第15頁/共64頁CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG練習(xí)使用EcoRI剪切目的基因CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG

目的基因黏性末端第16頁/共64頁什么叫黏性末端？

被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。第17頁/共64頁基因的針線——DNA連接酶（二）基因操作的工具

DNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，即把梯子兩邊扶手的斷口連接起來，這樣一個(gè)重組的DNA分子就形成了。磷酸二酯鍵第18頁/共64頁使用DNA連接酶制作重組DNA分子甲片段CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG

重組DNA分子GGCATCTTAAAATTCCGTAG第19頁/共64頁（二）基因操作的工具導(dǎo)入過程需要運(yùn)輸工具——運(yùn)載體。運(yùn)載體的作用有哪些？作用一：作為運(yùn)載工具，將外源基因(抗蟲基因)轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞(棉花細(xì)胞)中去。作用二：利用運(yùn)載體在受體細(xì)胞(棉花細(xì)胞)內(nèi)，對(duì)外源基因(抗蟲基因)進(jìn)行大量復(fù)制。

外源基因(如抗蟲基因)怎樣才能導(dǎo)入受體細(xì)胞(如棉花細(xì)胞)？第20頁/共64頁基因的運(yùn)載工具——運(yùn)載體：常用的運(yùn)載體主要有兩類：

1）細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)的質(zhì)粒

2）噬菌體或某些動(dòng)植物病毒第21頁/共64頁質(zhì)粒：

質(zhì)粒是染色體外能夠進(jìn)行自主復(fù)制的遺傳單位，包括真核生物的細(xì)胞器和細(xì)菌細(xì)胞中核區(qū)外的DNA分子?，F(xiàn)在習(xí)慣上用來專指細(xì)菌、酵母菌和放線菌等生物中核以外的DNA分子。

質(zhì)粒是基因工程最常用的運(yùn)載體。絕大多數(shù)細(xì)菌質(zhì)粒都是閉合環(huán)狀DNA分子。有的一個(gè)細(xì)菌中有一個(gè)，有的一個(gè)細(xì)菌中有多個(gè)。第22頁/共64頁大腸桿菌的質(zhì)粒

最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒，其中常含有抗藥基因，如四環(huán)素的標(biāo)記基因。質(zhì)粒的存在與否對(duì)宿主細(xì)胞生存沒有決定性作用，但復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)成。

運(yùn)載體應(yīng)該具有什么特點(diǎn)呢?？第23頁/共64頁DNAlinking-enzymerestrictionendonucleaseDNAlinking-enzyme胰島素基因運(yùn)載體1.能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定保存；2.具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)以便與外源基因相連；3.具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選．第24頁/共64頁第25頁/共64頁四個(gè)基本步驟：（三）基因操作的基本步驟1）提取目的基因2）目的基因與運(yùn)載體結(jié)合3）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4）目的基因的檢測(cè)和表達(dá)第26頁/共64頁目的基因（三）基因操作的基本步驟

目的基因是人們所需要轉(zhuǎn)移或改造的基因。

如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因，還有植物的抗?。共《尽⒖辜?xì)菌）基因、種子貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因、干擾素基因等。直接分離基因人工合成基因目的基因的提取方法第27頁/共64頁（三）基因操作的基本步驟目的基因與運(yùn)載體重組1）用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個(gè)切口，露出黏性末端。

2）用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端。

3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個(gè)重組DNA分子（重組質(zhì)粒）

目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合過程，實(shí)際上是不同來源的基因重組的過程。第28頁/共64頁（三）基因操作的基本步驟常用的受體細(xì)胞：

有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動(dòng)植物細(xì)胞等。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的原理

借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑。目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞第29頁/共64頁（三）基因操作的基本步驟目的基因的檢測(cè)和表達(dá)四環(huán)素抗性基因氨芐青霉素抗性基因第30頁/共64頁（三）基因操作的基本步驟

不能，受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達(dá)。

受體細(xì)胞攝入DNA分子后就說明目的基因完成了表達(dá)嗎？若不能表達(dá)，要對(duì)抗蟲基因再進(jìn)行修飾。第31頁/共64頁二、基因工程的應(yīng)用運(yùn)用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動(dòng)、植物。生長(zhǎng)快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國(guó))乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)1、基因工程與作物育種第32頁/共64頁基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

培育抗逆性品種

將細(xì)菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。

抗蟲基因作物的意義：減少農(nóng)藥的用量，降低了生產(chǎn)的成本，減少了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。第33頁/共64頁轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯不會(huì)引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆第34頁/共64頁轉(zhuǎn)基因龍膽花色奇異轉(zhuǎn)基因藍(lán)豬耳改變花色轉(zhuǎn)基因牽?；ǜ淖兞嘶ㄉ?5頁/共64頁2002年，中國(guó)轉(zhuǎn)基因棉花達(dá)到150萬公頃，已經(jīng)占到棉花產(chǎn)量的1／3.

我國(guó)大豆食用油近七成是“轉(zhuǎn)基因”產(chǎn)品

與雜交育種、誘變育種相比較，基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)有哪些？目的性強(qiáng)、克服遠(yuǎn)源雜交不親和性、育種周期短第36頁/共64頁基因工程在畜牧業(yè)的應(yīng)用

繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（如奶牛）。該過程的重要步驟是重組DNA轉(zhuǎn)移到動(dòng)物受精卵中。

將人的生長(zhǎng)激素基因和牛的生長(zhǎng)素基因分別注射到小白鼠受精卵中，得到的“超級(jí)小鼠”。第37頁/共64頁導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠特殊動(dòng)物

圖為2001年12月底出生的5只可愛的轉(zhuǎn)基因克隆小豬。據(jù)培育者英國(guó)PPL醫(yī)療公司稱，這些轉(zhuǎn)基因小豬將為研究和“生產(chǎn)”適用于人體移植手術(shù)使用的動(dòng)物器官提供巨大的幫助。第38頁/共64頁2、基因工程與藥物研制我國(guó)生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物

用基因工程的方法生產(chǎn)胰島素、干擾素、白細(xì)胞介素、凝血因子、以及預(yù)防乙肝、霍亂、傷寒、瘧疾等的疫苗。提高生產(chǎn)產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本。第39頁/共64頁1、微生物基因工程：2、細(xì)胞基因工程：3、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物：

即把目的基因?qū)氪竽c桿菌等菌中，通過微生物表達(dá)目的基因的產(chǎn)物。

即用哺乳動(dòng)物細(xì)胞株表達(dá)目的產(chǎn)物

即將目的基因直接導(dǎo)入鼠、兔、羊和豬體內(nèi)，使目的基因在哺乳動(dòng)物體內(nèi)表達(dá)，從兒獲得目的產(chǎn)物第40頁/共64頁產(chǎn)品名稱菌株或細(xì)胞應(yīng)用人胰島素大腸桿菌人生長(zhǎng)激素大腸桿菌表皮生長(zhǎng)因子大腸桿菌白細(xì)胞介素-2大腸桿菌a—干擾素酵母菌乙型肝炎疫苗酵母菌溶血栓劑哺乳動(dòng)物細(xì)胞治療糖尿病治療生長(zhǎng)缺陷癥治療燙傷、胃潰瘍治療某些癌癥治療癌癥或病毒感染預(yù)防病毒性肝炎治療心血管?。ㄐ呐K病）第41頁/共64頁胰島素是治療糖尿病的特效藥，長(zhǎng)期以來只能依靠從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價(jià)格降低了30%-50%!第42頁/共64頁干擾素治療病毒感染簡(jiǎn)直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。人造血液、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。人造血液及其生產(chǎn)第43頁/共64頁3、基因工程與環(huán)境保護(hù)⑴環(huán)境監(jiān)測(cè)：

基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測(cè)環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。1t水中只有10個(gè)病毒也能被DNA探針檢測(cè)出來第44頁/共64頁利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。第45頁/共64頁⑵環(huán)境污染治理：

基因工程做成的“超級(jí)細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級(jí)細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。第46頁/共64頁2006年3月14日綠色和平組織發(fā)布消息,稱亨氏營(yíng)養(yǎng)米粉含有轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻成分。

那么轉(zhuǎn)基因食品到底安全嗎？什么樣的轉(zhuǎn)基因食品才能上市？如何面對(duì)市場(chǎng)上的轉(zhuǎn)基因食品呢？

第47頁/共64頁三、轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性兩種觀點(diǎn)不安全：證據(jù)安全：證據(jù)你們的觀點(diǎn)？第48頁/共64頁

安全觀點(diǎn)：

1、轉(zhuǎn)基因食品與非轉(zhuǎn)基因食品的構(gòu)成是一樣的；

2、減少農(nóng)藥使用、減少環(huán)境污染；

3、節(jié)省生產(chǎn)成本，降低糧食售價(jià)；

4、增加食品營(yíng)養(yǎng)、提高食品產(chǎn)量等。第49頁/共64頁

不安全觀點(diǎn)：

1、可能產(chǎn)生抗除草劑的超級(jí)雜草；

2、可能使疾病的散播跨越物種障礙；

3、可能損害農(nóng)作物的生物多樣性；

4、認(rèn)為創(chuàng)造新物種，可能干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

5、可能產(chǎn)生新毒素和新過敏源。第50頁/共64頁（1）要將目的基因與運(yùn)載體連接起來，在基因操作中應(yīng)選用A、只需DNA連接酶B、同一種限制酶和DNA連接酶C、只需限制酶D、不同的限制酶和DNA連接酶練習(xí)（2）下列各項(xiàng)中，說明目的基因完成了表達(dá)的是A、棉珠中含有殺蟲蛋白基因B、大腸桿菌中具有胰島素基因C、酵母菌中產(chǎn)生了干擾素D、抗病毒基因?qū)胪炼辜?xì)胞中第51頁/共64頁（3）有關(guān)基因工程的敘述正確的是

A、限制酶只在獲得目的基因時(shí)才用

B、重組質(zhì)粒的形成在細(xì)胞內(nèi)完成

C、質(zhì)粒都可作為運(yùn)載體

D、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可為合成目的基因提供資料（4）有關(guān)基因工程的敘述中，錯(cuò)誤的是

A、DNA連接酶將黏性末端的堿基對(duì)連接起來

B、限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得

C、目的基因須由運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞

D、人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶第52頁/共64頁（5）要使目的基因與對(duì)應(yīng)的載體重組，所需的兩種酶是①限制酶②連接酶③解旋酶④還原酶Ａ、①②Ｂ、③④Ｃ、①④Ｄ、②③（6）實(shí)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(xì)胞內(nèi)分離出來，這要利用限制性內(nèi)切酶。一種限制性內(nèi)切酶能識(shí)別ＤＮＡ分子的ＧＡＡＴＴＣ順序，切點(diǎn)在Ｇ和Ａ之間，這是利用了酶的Ａ、高效性Ｂ、專一性Ｃ、多樣性Ｄ、催化活性易受外界影響第53頁/共64頁（8）不屬于基因工程方法生產(chǎn)的藥物是A、干擾素B、白細(xì)胞介素C、青霉素D、乙肝疫苗

（7）基因工程的正確操作步驟是①使目的基因與運(yùn)載體結(jié)合②將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞③檢測(cè)目的基因的表達(dá)是否符合特定性狀要求④提取目的基因Ａ、③②④①Ｂ、②④①③Ｃ、④①②③