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基因工程的應用專題1基因工程基因工程的應用植物基因工程抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗病轉(zhuǎn)基因植物抗逆轉(zhuǎn)基因植物改良植物品質(zhì)動物基因工程提高動物生長速度改善畜產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植供體基因治療基因工程藥物異軍突起一、植物基因工程碩果累累哪些轉(zhuǎn)基因作物已進入大規(guī)模商業(yè)化應用階段?轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、棉花和油菜植物基因工程技術(shù)主要用于哪些方面?提高農(nóng)作物的抗逆能力(如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等),以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面.(一)抗蟲轉(zhuǎn)基因植物1.蟲害給農(nóng)作物帶來了哪些影響?

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)如何防治害蟲?有哪些不足?2.現(xiàn)在已有哪些抗蟲植物問世?3.抗蟲基因Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等請閱讀P18生物資料技術(shù)卡,了解一些抗蟲基因的抗蟲機理。4.抗蟲棉的目的基因是什么?目的基因從何而來?5.我國的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉取得了哪些進展?(二)抗病轉(zhuǎn)基因植物1.什么是病原微生物?有哪些種類?引起生物生病的微生物,主要有病毒、真菌和細菌等2.為什么說常規(guī)育種很難培育出抗病毒的新品種?3.在抗病轉(zhuǎn)基因植物中使用最多的是什么基因?病毒外殼蛋白(coatprotein,CP)基因;病毒的復制酶基因3.在抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中使用什么基因?幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因(三)其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物1.哪些環(huán)境條件會造成農(nóng)作物低產(chǎn)、減產(chǎn)?鹽堿、干旱、低溫和澇害等2.鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)?細胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因?調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因3.轉(zhuǎn)基因耐寒的煙草和番茄中哪種目的基因提高了其抗寒能力?目的基因從何而來?魚的抗凍蛋白基因4.抗除草劑基因有何用途?噴灑除草劑時,殺死田間的雜草而不損傷作物(四)利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)人體(或其它脊椎動物)必不可少,而機體內(nèi)又不能合成的,必須從食物中補充的氨基酸,稱必需氨基酸。必需氨基酸共有8種:賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸(甲硫氨酸)、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸。如果飲食中經(jīng)常缺少必需氨基酸,可影響健康。另外12種氨基酸是人體細胞能夠合成的叫做非必需氨基酸。你知道哪些食品中缺少必需氨基酸?如何用轉(zhuǎn)基因的方法加以改良?將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参锔淖儽匦璋被岷铣赏緩街心撤N關(guān)鍵酶的活性轉(zhuǎn)基因延熟番茄的目的基因是什么?控制番茄果實成熟的基因轉(zhuǎn)基因矮牽牛的目的基因是什么?與植物花青素代謝有關(guān)的基因異想天開二、動物基因工程前景廣闊(一)用于提高動物生長速度——動物品種改良、建立生物反應器、器官移植等導入外源生長激素基因(二)用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)舉例說明將腸乳糖酶基因?qū)肽膛;蚪M,轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。(三)用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物設(shè)問:就基因藥物而言,最理想的表達場所是哪里?轉(zhuǎn)基因動物的乳腺。(1)乳腺是一個外分泌器官,乳汁不進入體內(nèi)循環(huán),不會影響轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應。(2)從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物,產(chǎn)量高,易提純,表達的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工,具有穩(wěn)定的生物活性。(3)從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時,轉(zhuǎn)基因動物又可無限繁殖。設(shè)問:為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢?將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起,通過顯微注射等方法,導入哺乳動物的受精卵中,將受精卵送入母體,使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后,可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品,稱為乳腺生物反應器或乳房生物反應器。乳腺生物反應器乳腺生物反應器的優(yōu)點:①產(chǎn)量高;②質(zhì)量好;③成本低;④易提取。①獲取目的基因(例如血清白蛋白基因)②構(gòu)建基因表達載體(在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子)③顯微注射導入哺乳動物受精卵中④形成胚胎⑤將胚胎送入母體動物⑥發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物(只有在產(chǎn)下的雌性個體中,轉(zhuǎn)入的基因才能表達)。思考:用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應器的操作過程是怎樣的?(四)用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體利用基因工程對豬的器官進行改造方法:將器官供體基因組導入某種調(diào)節(jié)因子,以抑制抗原決定基因的表達或設(shè)法除去抗原決定基因,再結(jié)合克隆技術(shù),培育出沒有免疫排斥反應的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官將目的基因?qū)氲絼游锏氖芫牙?,目的基因若與受精卵染色體DNA整合,細胞分裂時,該基因隨染色體的倍增而倍增,使每個細胞中都帶有目的基因,使性狀得以表達,并穩(wěn)定地遺傳給后代,從而獲得基因產(chǎn)品。這樣一種新的個體,稱為轉(zhuǎn)基因動物??偨Y(jié):什么叫轉(zhuǎn)基因動物?基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應用主要是什么?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)基因動物。該過程的重要步驟是通過感染或顯微注射技術(shù)將重組DNA轉(zhuǎn)移到動物受精卵中。1.在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中,某些藥品如胰島素、干擾素等直接從生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提取?從生物的組織、細胞或血液中提取。2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點:由于受原料來源的限制,價格十分昂貴。三、基因工程藥品異軍突起3.可利用什么方法來解決上述問題?利用基因工程方法制造轉(zhuǎn)基因的工程菌,可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。工程菌:用基因工程方法,使外源基因得到高效率表達的菌類細胞株系?;蚬こ趟幤钒ǎ杭毎蜃樱戳馨鸵蜃尤绨准毎樗亍?、干擾素)、抗體、疫苗、激素等胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取,每100kg胰腺只能提取4-5g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低,價格昂貴,遠不能滿足社會需要。1979年,科學家將動物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組,并在大腸桿菌內(nèi)實現(xiàn)了表達。1982年,美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場,售價降低了30%-50%?;蚬こ趟幤贰葝u素治療侏儒癥的唯一方法,是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前,要獲得生長激素,需解剖尸體,從大腦的底部摘取垂體,并從中提取生長激素。現(xiàn)可利用基因工程方法,將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中,使其生產(chǎn)生長激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素,相當于6萬具尸體的全部產(chǎn)量?;蚬こ趟幤贰L激素干擾素是動物或人體細胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染,是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對治療癌癥和某些白血病也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細胞內(nèi)提取,每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980-1982年,科學家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內(nèi)獲得了干擾素,是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場?;蚬こ趟幤贰蓴_素利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物,是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因,構(gòu)建成表達載體后導入微生物,然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。有以下優(yōu)越性:(1)利用活細胞作為表達系統(tǒng),表達效率高,無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。(2)可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。(3)降低生產(chǎn)成本,減少生產(chǎn)人員和管理人員。1、基因治療概念:四、基因治療曙光初照把正?;?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達到治療疾病的目的,是治療遺傳病的最有效的手段。(把特定的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?,從而達到治療疾病的目的)2、實例:將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細胞中,再將這種淋巴細胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。(1)對嚴重復合型免疫缺陷癥的治療

1990年9月14日,安德森對一例患ADA缺乏癥的4歲女孩進行基因治療。這個4歲女孩由于遺傳基因有缺陷,自身不能生產(chǎn)ADA,先天性免疫功能不全,只能生活在無菌的隔離帳里。他們將這個女孩的白血球進行基因改造,使有缺陷的基因被健康的基因替代,然后把含正常白血球的溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中。在以后的10個月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療,同時也接受酶治療。后來,她的免疫功能日趨健全,能夠走出隔離帳,過上了正常人的生活,并進入普通小學上學。3、基因治療的類型體外基因治療:先從病人體內(nèi)獲得某種細胞,進行培養(yǎng),然后在體外完成基因轉(zhuǎn)移,再篩選成功轉(zhuǎn)移的細胞擴增培養(yǎng),最后重新輸入患者體內(nèi)。體內(nèi)基因治療:直接向人體組織細胞中轉(zhuǎn)移的治病方法。(如將治療囊性纖維病的正?;蜣D(zhuǎn)入患者肺組織)4、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀:處于初期的臨床試驗階段5、用于基因治療的基因種類:正常基因、反義基因和自殺基因基因診斷:也稱為DNA診斷或基因探針技術(shù),即在DNA水平分析檢測某一基因,從而對特定的疾病進行診斷。探針制備:放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記的DNA分子;原理:利用DNA分子雜交原理;基因探針:基因探針就是一段與目的基因或DNA互補的特異核苷酸序列。它包括整個基因,或基因的一部分;可以是DNA本身,也可以是由之轉(zhuǎn)錄而來的RNA。DNA分子雜交原理:

DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。其基本原理是:互補的DNA單鏈能夠在一定條件下結(jié)合成雙鏈,即能夠進行雜交。這種結(jié)合是特異的,即嚴格按照堿基互補配對進行。因此,當用一段已知基因的核苷酸序列作為探針,與被測基因進行接觸,若兩者的堿基完全配對成雙鏈,則表明被測基因中含有已知的基因序列?;蛟\斷技術(shù)在什么方面發(fā)展迅速?在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展迅速。目前已經(jīng)可以對幾十種遺傳病進行產(chǎn)前診斷。

1)β—珠蛋白的DNA探針→鐮刀狀細胞貧血癥

2)苯丙氨酸羧化酶基因探針→苯丙酮尿癥

3)白血病患者細胞中分離出的癌基因制備的DNA探針→白血病舉例五、基因芯片從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標準圖譜;從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出病變圖譜。通過比較、分析這兩種圖譜,就可以得出病變的DNA信息?;蛐酒\斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟、平行化、自動化等特點,將成為一項現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。基因工程與食品業(yè)基因工程為人類開辟新的食物來源。

1)雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達獲得成功。這表明,未來能用發(fā)酵罐培

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