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1、基因工程的应用,专题基因工程,复习回顾：,1、基因工程常用的载体有哪些？,2、PCR技术的“三步曲”是怎样的？,一、植物基因工程的硕果累累,哪些转基因作物已进入大规模商业化应用阶段?,转基因大豆、玉米、棉花和油菜。,植物基因工程技术主要用于哪些方面?,提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面.,(一)抗虫转基因植物,1.虫害给农作物带来了哪些影响? 传统农业如何防治害虫? 有哪些不足?,2.现在已有哪些抗虫植物问世?,例子：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄 等等,抗虫棉叶子,正常棉叶子,抗虫棉（陕2365）,抗虫棉1109,3
2、. 抗虫基因,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、 淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等,请阅读P18生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的抗虫机理。,4.抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?,优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量,5.我国的转基因抗虫植物有哪些优点?,（二）抗病转基因植物,1.什么是病原微生物？有哪些种类？,引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌等,2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？,3.在抗病转基因植物中使用最多的抗病毒基因是？,病毒外壳蛋白（coat protein，CP）基因； 病毒的复制酶基因,栽培作物自身缺少抗病毒的基因。,4.在抗真菌转基因植
3、物中使用什么基因？,几丁质酶基因和抗毒素合成基因,目的基因,病毒外壳蛋白基因（CP基因） 病毒的复制酶基因,成果：,抗烟草花叶病毒的转基因烟草 抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。,总结,抗病毒基因：,几丁质酶基因 抗毒素合成基因,抗真菌基因：,引起植物生病的病原微生物有：病毒、真菌和细菌,抗病毒转基因甜椒,抗病毒转基因西葫芦,练习,抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是 A抗病毒转基因植物，可以抵抗所有病毒 B抗病毒转基因植物，对病毒的抗性具有局限性或特异性 C抗病毒转基因植物可以抗害虫 D抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异,B,（三）其他抗逆转基因植物,1.哪些环境条件会造成农作物
4、低产、减产？,盐碱、干旱、低温和涝害等,2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？,细胞内的渗透压调节,3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？,调节细胞渗透压的基因,4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？,鱼的抗冻蛋白基因,耐寒、耐旱转基因水稻,抗除草剂杂交玉米（滑玉12.河南）,5.抗除草剂基因有何用途？,喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物,抗盐碱烟草,抗除草剂、抗虫木瓜,滑玉12,抗除草剂、抗虫转基因油菜,抗除草剂超级杂交水稻,抗除草剂杂交粟,耐寒粉冠王（北京.中农）,6.成果：,A.利用调节细胞渗透压的基因，提高作物抗旱和抗盐碱能力； B.将
5、鱼的抗冻蛋白基因转入番茄，提高番茄的抗冻能力。 C.将抗除草剂基因导入农作物中，在喷洒除草剂时，杀死杂草而不杀死农作物。,成果：,A.将富含赖氨酸的蛋白质的编码基因导入玉米，获得的转基因玉米赖氨酸含量提高30。 B.将控制番茄成熟的基因带入番茄，获得转基因延熟番茄，储存期可以达2个月。 C.将与植物花青素有关的基因导入矮牵牛中，转基因矮牵牛出现颜色变异。,阅读P19相关内容，找出目前在抗逆性转基因植物方面 取得哪些成果？,（四）利用转基因改良农作物品质,矮牵牛又名碧冬茄，为茄科碧冬茄属植物。矮牵牛花朵硕大，色彩丰富，花型变化颇多，已成为重要的盆栽和花坛植物。矮牵牛在欧美及日本等地区广泛栽培。,
6、花语：有你，我觉得安心（温馨）,转基因矮牵牛,转基因蓝玫瑰,转入荧光酶的转基因烟草苗,转基因驱蚊香草,含乙肝疫苗的转基因土豆.美国,小结：植物基因工程的成果,总结：基因工程在农业上的应用,（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。,1. 抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是,A抗病毒转基因植物可以抗害虫 B抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒 C抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异 D抗
7、病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性,D,2.运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的 Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药作用，保护农业生态环境。根据以上信息，下列叙述正确的是,ABt 基因的化学成分是蛋白质 BBt 基因中有菜青虫的遗传物质,C转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于 Bt 基因 在其体内得以表达的结果,D转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物,C,二.动物基因工程前景广阔,1.用于提高动物生长速度,2.用于改善畜产品品质,3.用转基因动物生产
8、药物,4.用转基因动物做器官移植的供体,动物基因工程的目的： 主要是为改善畜产品的品质，不是为了获得体型 巨大的个体。,1.用于提高动物生长速度,转入外源生长激素基因的“超级小鼠”,目的基因：,生长激素基因,2、用于改善畜产品的品质,优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适,导入肠乳糖酶基因的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低。,即指利用动物乳腺生产高价值产品的方式,产物： 抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素,3、用转基因的动物生产药物,乳腺（房）生物反应器,将 基因与 等调控组件重组在一起，通过 等方法，导入哺乳动物的 中，将 其 送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过
9、分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。,乳腺生物反应器,药用蛋白,乳腺蛋白基因的启动子,显微注射,受精卵,获取目的基因（例如血清白蛋白基因） 构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子） 显微注射导入哺乳动物受精卵中 形成胚胎 将胚胎送入母体动物 发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。,操作过程：,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
10、因动物又可无限繁殖。,雌性动物的乳腺是基因药物最理想的表达场所， 原因是,成果： 抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、 抗胰蛋白酶,继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答： （1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是_ _。 （2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入_中，原因是_ _ _。 （3）通常采用 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组 （4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的_ 细胞中特异表达。 （5）膀胱生物发生器比乳腺生物反应器有什么优点？,
11、显微注射法,受精卵,具全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达,DNA杂交,膀胱上皮,优点：,膀胱反应器,1、可以从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否正处于生殖期。 2、从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。,4、用转基因的动物作器官移植的供体,用转基因动物的器官做移植的供体最大的问题是免疫排斥，科学家正在试图导入某些调节因子来抑制抗原决定基因的表达或设法去掉抗原决定基因，以期培育出无免疫排斥的转基因克隆猪器官。,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45g胰岛素。,1.基因工程药品 胰岛素,三. 基因工程药物-异军突起,传统生产方法的
12、缺点,产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。,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。,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%。 胰岛素是第一个基因工程药物。,干扰素是病毒侵入细胞后，细胞产生的一种糖蛋白。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。 19
13、801982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。,2.基因工程药品 干扰素,治疗侏儒症的唯一方法，是注射生长激素。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。,3.基因工程药品 生长激素,目前我国生产的基因工程药物有白细胞介素2、 干扰素、乙肝疫苗等。,四. 基因治疗曙光初照,基因治疗是把正常基因导入病人
14、体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。这是治疗遗传病的最有效的手段。,基因治疗：,原理：,把健康动物的正常基因导入含有缺陷基因的受体细胞中，存在基因缺陷的病人细胞中既含有缺陷基因，又含有通过基因工程导入的正常基因，在病人体内两种基因都能表达，正常基因的表达产物掩盖了缺陷基因的表达产物，从而治愈有了基因缺陷的疾病。,1.体外基因治疗,例如：,复合型免疫缺陷症的体外治疗,直接原因：,缺乏腺苷酸脱氨酶（ADA）,根本原因：,腺苷酸脱氨酶（ADA）基因缺失,方 法：,将ADA基因转入取自患者的淋巴细胞，使淋巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶，然后再将这种这种淋巴细胞转入患者体内。,思考：,
15、1、用遗传学原理预测腺苷酸脱氨酶基因缺失的原因？ 2、为什么将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞？,基因突变或染色体变异,腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的， 淋巴细胞中具有这种酶才能产生抗体等物质。,2.体内基因治疗：,例如：,直接向人体细胞中转移基因,囊性纤维病治疗,利用修饰的腺病毒作为载体，将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者的肺部组织中。,？,54,载体 治疗基因,受体 细胞,重组 受体细胞,患者 体内,导入,形成,体外培养 后导入,直接导入,体外基因治疗,体内基因治疗,3.基因治疗的发展现状： 处于初期的临床试验阶段,4.用于基因治疗的基因种类： 正常基因、反义基因和自杀基因,五
16、.基因芯片,阅读P2425，思考： 1.什么是基因芯片？ 2.基因芯片主要用于哪一方面？ 3.使用基因芯片时，会用到碱基互补配对原则吗？,基因芯片是特定序列的DNA片段（基因探针） 从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。 通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。 基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。,1、下列不属于用基因工程方法生产药物的是（ ） A. 胰岛素 B.生长激素 C. 维生素 D.凝血因子 2、如果通过转基因技术，成功改造了某血友病女性的造 血干细胞是其血功能全部恢复正常。当她与正常男性结婚，婚后所生子女的表现型为（ ） A、儿子、女儿
