高二生物选修3 基因工程 ppt

• 基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？ 繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶 率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。 该过程的重要步骤是通过感染或显微注 射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。 将人的生长激素 基因和牛的生长素基 因分别注射到小白鼠 受精卵中，得到的 “超级小鼠”。
• 什么叫显微注射技术？
4.用转基因的动物作器官移植 的供体 5.基因工程药品异军突起
• 1.植物基因工程硕果累累 • 1）抗虫转基因植物 • 2）抗病转基因植物 • 3）抗逆转基因植物 • 4）改良植物品质 • 2.动物基因工程前景广阔 • 1）提高动物生长速度 • 2）改善畜产品质量 • 3）生产药物 • 4）用转基因动物作器官移植的供体 • 3.基因工程药物异军突起
用口径为1μm的DNA 注射器，将大量的目的基 因片段注入到受精卵的核 内，然后把经过注射的受 精卵移植到另一只雌性动 物的子宫内，使受精卵发 育为转基因动物。
• 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、 干扰素直接生物体的哪些结构中提取？ 药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。 • 传统生产方法的缺点 由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。 • 可利用什么方法来解决上述问题？ 利用基因工程方法制造“工程菌”，可 高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。
• 就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？ 转基因动物的乳腺。 • 什么叫转基因动物？ 是指把人或哺乳动物的某种基因导入到 哺乳动物(如鼠、兔、羊和猪)的受精卵里， 目的基因若与受精卵染色体DNA整合，细胞 分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使 每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表 达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产 品。这样一种新的个体，称为转基因动物。
• 基因探针：
基因探针就是一段与目的基因或DNA
互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因， 或基因的一部分；可以是DNA本身，也可 以是由之转录而来的RNA。
• DNA分子杂交原理： DNA分子杂交是基因诊断最基本的方 法之一。其基本原理是：互补的DNA单链 能够在一定条件下结合成双链，即能够进行 杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基 互补配对进行。因此，当用一段已知基因的 核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触， 若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测 基因中含有已知的基因序列。
1973年,由美国科学家科恩等人用重组 DNA技术首次获得转基因大肠杆菌。从此 以后，基因工程作为一个新兴的研究领域 得到了迅速的发展:
农牧业
工业 环境保护 能源
医药卫生
一、植物基因工程硕果累累
转基因工程技术主要用于提高浓作物的抗逆能力,以及改 良农作物的品质和利用植物生产药物等方面.
基因工程在农业上的应用：
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？ 关键步骤一的工具：基因的剪刀——限制性内切酶
关键步骤二的工具：基因的针线——DNA连接酶
关键步骤三的工具：基因的运载工具——运载体
一、 “分子手术刀” ——限制性核酸内切 酶 主要是从原核生物中分离纯化出来的一 1、来源：
种酶。能将外来的DNA切断，由于这种 切割作用是在DNA分子内部进行的，故 名限制性内切酶。
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“分子运输车”——基因进入细胞的载体
1、常用载体：质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒
2、质粒：最常用的载体 是一种裸露的、结构简单、独立于拟核 之外、并具有自我复制能力的双链DNA 分子
质粒作为 载体的条件:
能在宿主细胞内复制并稳定 的遗传 具有多个限制酶切点
具有某些遗传标记基因（标记基因
基因工程的基本操作程序主要包括 四个基本步骤： 1）目的基因的获取 2）基因表达载体的构建 3）将目的基因导入受体细胞 4）目的基因的检测与鉴定
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过程
优点
缺点
供体细胞DNA →DNA 工作量大， 直接分离 片段→不同受体细 有盲目性， 法 胞→DNA片段扩增→ 操作简便 目的基因含 有不表达的 （鸟枪法）目的基因细胞→目 内含子 的基因
反转录法
mRNA →单链DNA →双链DNA
专一性强， 操作过程麻 目的基因 烦，mRNA 不含内含 生存时间短， 技术要求高 子
（2）优点：高质量、低成本
（3）基因工程药品：60余种
生长激素释放抑制素——参与生长的调节 可用来治疗肢端肥大症、急性胰腺炎等疾病 胰岛素——治疗糖尿病 TPA（组织纤维酶原激活剂） ——治疗心脏、 肺、脑血栓病 EPO（促红细胞生成素）——治疗肾功能受损 引起的贫血、出血 白细胞介素-2——治疗肿瘤和感染性疾病 还有干扰素、生长激素、溶血栓剂、凝血 因子、人造血液代用品、基因疫苗等等
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙 “缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连 接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。
“分子缝合针”——DNA连接酶
1、作用：恢复被限制性内切酶切开了的两个 的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 2、分类：从大肠杆菌中分离得到 从T4噬菌体分离得到
3、区别：E.coli连接黏性末端 T4既能连接黏性末端，又可以连接 平末端（效率低）
基因工程药品 —— 胰岛素 胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临 床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰 腺中提取，每100kg胰腺只能提取4~5g胰岛 素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂 贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家 将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分 子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982 年，美国一家基因公司用基因工程方法生产 的胰岛素投入市场，售价降低了30%~50%。
步骤四：目的基因的检测与鉴定 氨苄青霉 素抗性基因 四环素 抗性基因
四、目的基因的检测与鉴定
1、检测与鉴定的目的
目的基因进入受体细胞后，是否可以稳定维持 和表达其遗传特性
2、 检测目的基因是否插入了转基因生物的染色体DNA上
检测目的基因是否转录出了mRNA
检测目的基因是否翻译成蛋白质 另外：个体生物学水平的鉴定
步骤三：目的基因导入受体细胞---转化 • 常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、 酵母菌和动植物细胞等。
• 将目的基因导入受体细胞的原理
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
3将目的基因导 入受体细胞
受体细胞：细菌
氯化钙
基因工程中常用的 细胞壁的通透性增大 受体细胞有大肠杆 菌、枯草杆菌、土 壤农杆菌、酵母菌 重组质粒进入受体细胞 和动植物细胞等。 目的基因随受体细胞的繁殖而复制
• 为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场 所呢？ 1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入 体内循环，不会影响转基因动物本身的生理 代谢反应。
2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高， 易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加 工，具有稳定的生物活性。 3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产 物的同时，转基因动物又可无限繁殖。
转基因马铃薯
1.抗虫转基因植物
2.抗病转基因植物
3.其他抗逆转基因植物
4.利用转基因改良植物的品质
动物基因工程前景广阔
畜牧养殖业：培养具有各种优良品质的 转基因动物（具有抗病能力、高产仔率、 高产奶率、高质量的皮毛）
方法：将某些特定基因与病毒DNA构
成重组DNA，然后通过感染或显微注射 技术将重组DNA转移到动物受精卵中
1）高产、稳产和具优良品质的品种
用基因工程的方法可以改善粮食作物的 蛋白质含量。如“向日葵豆”植株。
2）抗逆性品种 将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗 盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作 物体内，将从根本上改变作物的特性。如转 基因抗虫棉。
迄今为止，人们已获得了 数百种转基因植物：抗病、 抗虫、抗除草剂、抗逆、作 物的高产优质、果蔬储存、 作物的固氮能力、药物生产 及环境美化等
二、动物基因工程前景广阔
1.用于提高动物生长速度
2.用于改善畜产品的品质 3.用转基因的动物生产药物
1、传统制药：直接从生物体
的组织、细胞或血液中提取
例：4~5克/100公斤猪、牛的胰腺
缺点：产量低、价格昂贵
2.“工程菌”制药
（1）什么叫“工程菌”？ 用基因工程的方法，使外源基因得 到高效表达的菌类细胞株系。（如： 含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株、 含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株） 例：100克/2000升大肠杆菌培养液
• 2.基因治疗： 是指是把健康的外源基因导入有基因缺 陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。
患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷 转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，使过多 的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。 1971年，美国科学家在体外做了试验，用带 有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体 组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳 糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传 病是可能的。
2、种类：4000种。
识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸 3、作用：
序列，并且使每一条链中特定部位的两 个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
粘性末端 平末端
4、结果： 形成两种末端
二、 “分子缝合针” —— DNA连接酶 1、种类：两类
E· DNA连接酶 coli T4 DNA连接酶 磷酸二酯键 2、作用部位：
分子等标记的DNA分子；
原
理：利用DNA分子杂交原理；
1、基因诊断：用放射性同位素、荧光分子等 标记的DNA分子作探针，利用DNA分子杂交 原理，鉴定被测标本上的遗传信息。 ●β-珠蛋白的DNA探针
——检测镰刀型细胞贫血症 ●苯丙氨酸羟化酶基因探针 ——检测苯丙酮尿症 ●肿瘤诊断：白血病癌基因制备的探针 ——检测白血病
受体细胞的选择
1、原核生物细胞： （1）优点：容易摄取外界的基因（目的基因）， 繁殖快，便于培养和基因操作 （2）主要生物：大肠杆菌、蓝藻 2、真核生物细胞： 酵母 主 植物细胞——活的植物离体体细胞在 要 合适的培养条件下比较容易再分化成 生 植株（转基因植物） 物 动物细胞——常采用生殖细胞、受精 返 回 卵细胞或胚胎细胞（转基因动物）
目前复杂的 尚不知的核 苷酸序列不 能合成
专一性最 据已知的 氨基酸序列 mRNA 强，目的 氨基酸序 基因不含 双链DNA 列合成 内含子
2目的基因与运载体结合
首先要用一定的限制酶切割质粒，使质粒出现 一个切口，露出黏性末端。 然后用同一种限制酶切断目的基因，使其产生 相同的黏性末端。 将切下的目的基因的片段插入质粒的切口处， 再加入适量DNA连接酶，质粒的黏性末端与 目的基因DNA片段的黏性末端就会因碱基互 补配对而结合，形成了一个重组DNA分子。
• 4.基因治疗曙光初照
• • • • 1）基因治疗的种类和方法： ①体外基因治疗：eg.腺苷酸脱氨酶基因 的转移 ②体内基因治疗： 2）基因治疗的现状：
• 基因诊断： 也称为DNA诊断或基因探针技术，即在
DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的
疾病进行诊断。
探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光
日本生产的α干扰素
干扰素——治疗30多种有病毒传
染的疾病，如：水痘、乙型和丙型 肝炎、狂犬病，也可治疗乳腺癌、 骨髓瘤、淋巴瘤、白血病、黑色素 瘤、脑瘤等常见病、多发病。其中， α-干扰素对爱滋病的治疗也有一定 的疗效。
• 基因工程药品 —— 生长激素 治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射 生长激素。而生长激素的获得很困难。以前， 要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底 部摘取垂体，并从中提取生长激素。 现可利用基因工程方法，将人的生长激 素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。 人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长 激素，相当于6万具尸体的全部产量。
思考：检测mRNA 是否合成，可以用分子杂交的方法吗？
##检测目的基因是否翻译成蛋白质— 抗原—抗体杂交 ##个体生物学水平的鉴定——
• 受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因 完成了表达吗？ 不能，受体细胞必须表现出特定的性状， 才能说明目的基因完成了表达。 若不能表达， 要对抗虫基因 再进行修饰。
• 基因工程药品 —— 干扰素 干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖 蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感 染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对 治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。 传统的干扰素生产方法是从人血液中的 白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg 干扰素。1980~1982年，科学家用基因工程 方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰 素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述 干扰素大量投放市场。