選修專題一第三節(jié)基因工程的應(yīng)用

選修專題一第三節(jié)基因工程的應(yīng)用1、從---------中獲取目的基因2、利用--------擴(kuò)增目的基因3、通過DNA合成儀用--------直接人工合成一、目的基因的獲取基因文庫PCR技術(shù)化學(xué)方法基因工程的基本操作程序復(fù)習(xí)第2頁,共57頁，2024年2月25日，星期天二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的-------------核心基因表達(dá)載體的基本組成元件：

目的基因+啟動子+終止子+標(biāo)記基因復(fù)習(xí)第3頁,共57頁，2024年2月25日，星期天三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞①將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞：采用最多的方法是（），其次還有（）和（）。②將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞：最常用的方法是（）。此方法的受體細(xì)胞多是（）。③將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞：（）。復(fù)習(xí)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法花粉管通道法顯微注射法受精卵Ca＋處理法第4頁,共57頁，2024年2月25日，星期天四、目的基因的檢測與鑒定1.首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用（）。2.其次還要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，方法是采用（）。3.最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是采用（）。4.有時還需進(jìn)行個體生物學(xué)水平的鑒定。如（）鑒定等。復(fù)習(xí)DNA分子雜交技術(shù)分子雜交技術(shù)抗原—抗體雜交技術(shù)抗蟲或抗病的接種第5頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1.3基因工程的應(yīng)用基因工程的實際應(yīng)用領(lǐng)域有：農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、能源、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生等應(yīng)用生物：植物、動物、微生物新課第6頁,共57頁，2024年2月25日，星期天一、植物基因工程碩果累累(p17)植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱、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。1、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物2、抗病轉(zhuǎn)基因植物3、抗逆轉(zhuǎn)基因植物4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)第7頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗蟲轉(zhuǎn)基因植物原理：從某些生物中分離出具有殺蟲活性的基因，將其導(dǎo)入作物中，使其具有抗蟲性，已成為防治作物蟲害的發(fā)展趨勢。此項技術(shù)的最大好處：減少化學(xué)農(nóng)藥對環(huán)境的污染且大大降低生產(chǎn)成本抗蟲水稻抗蟲棉第8頁,共57頁，2024年2月25日，星期天研究人員從草莓細(xì)胞線粒體中克隆了一種酶基因，并將該酶基因?qū)霐M南芥菜并成功表達(dá)。使轉(zhuǎn)基因擬南芥菜能產(chǎn)生兩種吸引益蟲的類萜化合物，從而吸引害蟲的天敵而殺滅蟲害。研究人員指出，培育這種轉(zhuǎn)基因植物可為植物病蟲害防治提供了新途徑。思維啟迪第9頁,共57頁，2024年2月25日，星期天用于殺蟲的基因主要是：(p18)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……例如我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉就是植入Bt毒蛋白基因培育而成的，它對棉鈴蟲有較強(qiáng)的抗性。目前已問世的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物主要有:

水稻、棉、玉米、馬鈴薯、番茄、大豆、蠶豆、煙草、蘋果、核桃、楊、菊花和白花三葉草……1、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗蟲害的玉米第10頁,共57頁，2024年2月25日，星期天抗蟲棉的體細(xì)胞內(nèi)含有的基因是（）

A.Bt毒蛋白基因

B.Bt毒蛋白基因和葉綠體基因

C.Bt毒蛋白基因和棉花的部分基因

D.Bt毒蛋白基因和棉花的全部基因D隨堂練習(xí)第11頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2、抗病轉(zhuǎn)基因植物1986年，美國Beachy研究小組首次將煙草花葉病毒的外殼蛋白基因?qū)霟煵?，培育出抗煙草花葉病毒的煙草植株，開創(chuàng)了抗病毒育種的新途徑?？共∞D(zhuǎn)基因植物技術(shù)原理:從某些生物中分離能抵抗某種病毒的基因，將其導(dǎo)入作物中，使其能夠抵抗某種病毒的感染。通過導(dǎo)入植物病毒的外殼蛋白基因來提高植物的抗病毒能力的技術(shù)，已在多種植物病毒中進(jìn)行了試驗?？共↑S瓜抗病煙草第12頁,共57頁，2024年2月25日，星期天條銹病小麥（真菌感染）第13頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2006年度國家最高科技獎獲得者遺傳學(xué)家、小麥育種專家李振聲院士（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)校友）抗銹病小麥第14頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2、抗病轉(zhuǎn)基因植物成果:抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草、抗病的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒、番茄等多種作物。抗病基因種類(P18):(1)抗病毒基因:病毒外殼蛋白基因病毒的復(fù)制酶基因(2)抗真菌基因:幾丁質(zhì)酶基因抗毒素合成基因抗病番茄第15頁,共57頁，2024年2月25日，星期天抗病轉(zhuǎn)基因植物成功表達(dá)后，以下說法正確的是

:（）A.抗病毒轉(zhuǎn)基因植物，可以抵抗所有病毒B.抗病毒轉(zhuǎn)基因植物，對病毒的抗性具有局限性或特異性C.抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抗害蟲D.抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以穩(wěn)定遺傳，不會變異B隨堂練習(xí)第16頁,共57頁，2024年2月25日，星期天抗逆轉(zhuǎn)基因植物原理：

環(huán)境條件對農(nóng)作物的生產(chǎn)有巨大的影響。例如鹽堿、干旱、低溫、旱澇等不利的環(huán)境，是造成低產(chǎn)、減產(chǎn)的常見因素。從某些生物中分離出具有抗逆性的基因，將其導(dǎo)入作物中，使其具有抵抗鹽堿、干旱、低溫、旱澇等不利的環(huán)境，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。3、抗逆轉(zhuǎn)基因植物抗旱抗倒伏晉谷抗鹽堿楊樹第17頁,共57頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄和草莓第18頁,共57頁，2024年2月25日，星期天3.抗逆轉(zhuǎn)基因植物第19頁,共57頁，2024年2月25日，星期天抗逆基因種類:

調(diào)節(jié)細(xì)胞

基因使作物抗堿、抗旱；魚的抗凍蛋白基因使作物

、抗除草劑基因使作物抗

.成果:轉(zhuǎn)魚抗凍蛋白基因的番茄、煙草，轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆……

滲透壓耐寒除草劑3、抗逆轉(zhuǎn)基因植物耐鹽抗旱玫瑰第20頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

我國在抗逆基因的分離、克隆和轉(zhuǎn)化等方面的研究已取得一定進(jìn)展，克隆了耐鹽堿相關(guān)基因，通過遺傳轉(zhuǎn)化已獲得了耐1％NaCl的苜蓿，耐0.8％NaCl的草莓，耐2％NaCl的煙草?？鼓婊蚬こ套魑镆堰M(jìn)入田間試驗階段。我國科學(xué)家劉巖等獲得了耐鹽性明顯提高的轉(zhuǎn)基因玉米植株。我國科學(xué)家張荃等獲得了耐鹽性提高的轉(zhuǎn)基因番茄。3、抗逆轉(zhuǎn)基因植物第21頁,共57頁，2024年2月25日，星期天4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)

玫瑰花沒有產(chǎn)生藍(lán)色色素的基因，無法生長藍(lán)色花瓣。雖然玫瑰有5000多年的人工栽培歷史，迄今已培育出2500多個品種,但始終沒有藍(lán)玫瑰的身影。

日本三得利公司耗資30億日元培育成藍(lán)玫瑰。他們從藍(lán)三葉草中提取藍(lán)色素基因，將藍(lán)花基因植入玫瑰花，培植出藍(lán)玫瑰。這株玫瑰的花瓣中所含的色素為藍(lán)色，純度接近100%。

第22頁,共57頁，2024年2月25日，星期天(1)提高花卉的觀賞價值第23頁,共57頁，2024年2月25日，星期天原理：將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因，導(dǎo)入植物中，或者改變這些氨基酸合成途徑中某種酶的活性的相關(guān)基因，以提高氨基酸的含量。（2）提高營養(yǎng)成分的含量第24頁,共57頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)基因水稻“金大米”將水仙花的兩個基因和一種細(xì)菌的一個基因一起植入一種名為T309的水稻中，獲得一種水稻新品種。這樣獲得的新水稻富含鐵元素、鋅元素和可轉(zhuǎn)化為維生素A的胡蘿卜素，能防止貧血和維生素A缺乏癥。第25頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

這種延熟番茄不易腐爛，不僅便于運(yùn)輸、貯藏，還可使其留在植株成長更長時間，充分吸收陽光，完全成熟后再運(yùn)到市場銷售，能保存良久并仍然具有“夏日成熟的滋味”。（3）培育耐儲存植物果實第26頁,共57頁，2024年2月25日，星期天二、動物基因工程前景廣闊轉(zhuǎn)基因熒光豬把水母的綠色熒光蛋白基因轉(zhuǎn)到豬上2008年1月7日，兩頭剛出生的“熒光豬崽”在紫外光源激發(fā)下發(fā)出綠色熒光。

第27頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1.用于提高動物生長速度外源生長激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動物生長更快轉(zhuǎn)（草魚生長激素基因）的鯉魚第28頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1982年美國科學(xué)家將大鼠的生長激素基因注射到小白鼠受精卵中，得到第一只轉(zhuǎn)基因動物“超級小鼠”。

第29頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)轉(zhuǎn)腸乳糖酶基因牛的乳汁，乳糖含量大大降低，其他營養(yǎng)成分不受影響第30頁,共57頁，2024年2月25日，星期天3、用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體（P21）

供體動物：存在的難題：解決方法：豬免疫排斥將供體基因組導(dǎo)入某種基因調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)，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(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。?第31頁,共57頁，2024年2月25日，星期天獲取目的基因（例如血清蛋白基因）（1）用動物乳腺作為反應(yīng)器，生產(chǎn)高價值的蛋白質(zhì)比工廠生產(chǎn)的優(yōu)越之處：（2）用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程：產(chǎn)量高；質(zhì)量好；成本低；易提取構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動子）顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中形成胚胎將胚胎送入母體動物發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性動物個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）4、用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物（P21)重點第32頁,共57頁，2024年2月25日，星期天乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)轉(zhuǎn)基因牛攜帶人血清白蛋白基因的轉(zhuǎn)基因試管?！疤咸稀保ㄖ袊┑?3頁,共57頁，2024年2月25日，星期天①乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進(jìn)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(yīng)。

②從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)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。

（3）為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場所呢？思考第34頁,共57頁，2024年2月25日，星期天(4)膀胱生物反應(yīng)器

膀胱生物反應(yīng)器最顯著的優(yōu)勢在于從尿中提取蛋白質(zhì)比在乳汁中提取簡便、高效。

新思維膀胱反應(yīng)器有著和乳腺反應(yīng)器一樣的優(yōu)點：收集產(chǎn)物蛋白比較容易，不必對動物造成傷害。該系統(tǒng)可從動物一出生就收集產(chǎn)物，不論動物的性別和是否正處于生殖期。

第35頁,共57頁，2024年2月25日，星期天優(yōu)點：產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取方法：

乳腺生物反應(yīng)器膀胱生物反應(yīng)器注意：乳腺生物反應(yīng)器雌性個體才能生產(chǎn)藥物（5）小結(jié)第36頁,共57頁，2024年2月25日，星期天侏儒癥第37頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

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?，F(xiàn)在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(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。生長激素第38頁,共57頁，2024年2月25日，星期天胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知（比黃金貴四倍）。

20世紀(jì)80年代將人的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價格降低了30%-50%!胰島素第39頁,共57頁，2024年2月25日，星期天從人血中提取干擾素，300L血才提取1mg！通過基因工程的方式創(chuàng)造了能合成人干擾素的大腸桿菌，每1Kg的培養(yǎng)液可提取20—40mg干擾素干擾素第40頁,共57頁，2024年2月25日，星期天在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、生長激素、干擾素等是直接從生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提??？藥品直接從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取。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?？衫檬裁捶椒▉斫鉀Q上述問題？利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。三、基因工程藥品異軍突起（P21)第41頁,共57頁，2024年2月25日，星期天工程菌（P21)：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表達(dá)的菌類細(xì)胞株系。微生物繁殖快，多為單細(xì)胞，遺傳物質(zhì)相對較少，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。為什么微生物適于做生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因藥物的工程菌？若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。第42頁,共57頁，2024年2月25日，星期天我國已生產(chǎn)的產(chǎn)品：白細(xì)胞介素-2、干擾素、各種抗體、乙肝疫苗等我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物第43頁,共57頁，2024年2月25日，星期天人體基因的缺失，導(dǎo)致一些遺傳疾病，應(yīng)用基因工程技術(shù)使缺失的基因歸還人體，達(dá)到治療的目的，已成為基因工程在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用的又一重要內(nèi)容?；蛑委煟壕唧w是指把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮作用，從而達(dá)到治療疾病的目的。四、基因治療曙光初照(P23)第44頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1、體外基因治療：從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，例如T淋巴細(xì)胞，進(jìn)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(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。四、基因治療曙光初照第45頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

1990年的9月14日，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的W.FrenchAnderson博士等人獲準(zhǔn)實施人類歷史上第一例基因治療的臨床試驗（如圖17）。這名4歲的小女孩AshanthiDeSilva患有重度聯(lián)合免疫缺陷綜合征（severecombinedimmunodeficiency,SCID）。她體內(nèi)先天性缺少腺苷脫氨酶（AdenosineDeaminase,ADA），致使細(xì)胞內(nèi)脫氧腺苷大量積累，導(dǎo)致T淋巴細(xì)胞中毒死亡。由于缺乏正常人的免疫系統(tǒng)，她非常容易受到細(xì)菌和病毒的感染?；加羞@種遺傳疾病的小孩通常最后都會因感染而死亡，很難活到成年,所以Ashanthi一直過著一種“與世隔絕”的生活——避免外出，靜靜地呆在家里的無菌環(huán)境中，無休止地使用大量抗生素來與細(xì)菌和病毒作斗爭。四、基因治療曙光初照第46頁,共57頁，2024年2月25日，星期天四、基因治療曙光初照

在這次基因治療中，科學(xué)家從Ashanthi身上抽取血后并分離得到少量白細(xì)胞，進(jìn)行體外培養(yǎng)擴(kuò)增。然后，他們利用改造后的逆轉(zhuǎn)錄病毒將正常的人ADA基因轉(zhuǎn)移到靶細(xì)胞里，使白細(xì)胞代償性地表達(dá)了ADA蛋白。十天以后，這種經(jīng)過“修飾”的白細(xì)胞通過靜脈緩緩地輸回到女孩體中。通過這種治療方式，Ashanthi的免疫系統(tǒng)功能提高了40%以上。她不再反復(fù)受到感冒的困擾，對白日咳等疾病也有了一定的免疫，甚至可以開始上學(xué)。但是，這并沒有完全治愈Ashanthi，那些經(jīng)過遺傳改造的細(xì)胞只能正常工作幾個月，然后必須要再次重復(fù)這個治療過程，才能保證免疫系統(tǒng)繼續(xù)工作。至今，Ashanthi的健康狀態(tài)一直保持良好，她甚至開始讀大學(xué)了。小女孩徹底告別了與世隔絕的無菌病房，走進(jìn)了陽光燦爛的新生活17歲第47頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2、體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。四、基因治療曙光初照

1994年美國科學(xué)家利用經(jīng)過修飾的腺病毒為載體，成功地將治療遺傳性囊性纖維化病的正?；騝fdr

轉(zhuǎn)入患者肺組織中第48頁,共57頁，2024年2月25日，星期天去年9月份，一位18歲美國青年JesseGelsinger因一種在醫(yī)學(xué)上稱為鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶不足癥的罕見遺傳性疾病而在美國賓夕法尼亞州大學(xué)人類基因治療中心接受基因治療時不幸死亡，成為被報道的首例死于基因治療中的患者。

值得提出的是，無論哪一種基因治療目前都處于初期的臨床試驗階段，均沒有穩(wěn)定的療效和完全的安全性，這是當(dāng)前基因治療的研究現(xiàn)狀?？梢哉f，在沒有完全解釋人類基因組的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制，充分了解基因調(diào)控機(jī)制和疾病的分子機(jī)理之前進(jìn)行基因治療是十分困難的。

四、基因治療曙光初照第49頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

21世紀(jì)將是基因工程迅速發(fā)展并完善的世紀(jì)，也是它產(chǎn)生巨大效益的世紀(jì)！基因工程將在醫(yī)療衛(wèi)生、食品工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、環(huán)保等許多方面發(fā)揮重大的作用！第50頁,共57頁，2024年2月25日，星期天小結(jié)基因工程的應(yīng)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