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1、温故而知新,限制性核酸内切酶,目的基因,重组DNA,受体细胞,农杆菌转化法,目的基因,表达,基因工程的基本操作程序,3.1.3基因工程的应用,植物基因工程硕果累累,动物基因工程前景广阔,基因工程药物异军突起,基因治疗曙光初照,一、植物基因工程硕果累累,1、抗虫转基因植物,已问世的转基因抗虫植物：,棉、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、菊花等。,用于杀虫的基因主要有：,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝聚素基因,2、抗病转基因植物,已问世的转基因抗病植物：,小麦、甜椒、番茄。,用于杀虫的基因主要有：,病毒外壳蛋白质基因、病毒复制酶（这些基因的转化植物表
2、现出对同种病毒或相近病毒或病毒RNA侵染的高水平抗性 ） 几丁质酶基因、抗毒素合成基因,病毒外壳蛋白（CP）基因,1929年麦克纳研究发现，当一种弱侵染性病毒侵染烟草后在一定程度上能抵挡其它强病毒侵染，也就是说植物经病原物诱导后可产生一定的抗性。植物由此获得的抗性被称之为诱导抗性。后来的研究证明：病毒的外壳蛋白在交叉保护现象中起着关键性作用。而且两种病毒之间的外壳蛋白成分及结构越相似，交叉保护作用就越强。,3、抗逆转基因植物,例如，将鱼的抗冻蛋白基因导人烟草和番茄，使烟草和番茄的耐寒能力均有提高。此外，将抗除草剂基因导人大豆、玉米等作物，喷洒除草剂时，杀死田间杂草而不损伤作物。,4、利用转基因
3、改良植物的品质,改造光合作用中起关键作用的CO2固定酶，能提高植物对CO2的固定效率；还可以通过增强植物对光能吸收与转化的功能来提高光合作用效率，提高作物的产量。,提高植物的光合作用效率,延长果实的储藏期 乙烯是催熟果实的一种激素，在其形成过程中需要乙烯形成酶。通过基因工程可以获得能抑制乙烯形成酶基因表达的植物新品种，这些转基因植物的果实既保持了原有的品质，又延长了储藏期。,4、利用转基因改良植物的品质,转基因矮牵牛,转基因生物与目的基因的关系,Bt毒蛋白基因,苏云金芽孢杆菌,调节细胞渗透压的基因,抗冻蛋白基因,抗除草剂基因,鱼,含此抗性基因的植物,含此抗性基因的植物,花青素代谢有关基因,含有
4、此基因的植物,控制番茄成熟的基因,富含赖氨酸蛋白质的编码基因,生长激素基因,动物,肠乳糖酶基因,含有此基因的植物,含有此基因的植物,人,总结：基因工程在农业上的应用,1）培育高产、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）培育抗逆性品种 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。,高产、优质，缓解了粮食短缺,目的性强，缩短了育种时间，克服了远缘亲本难杂交的特点,优点：,基因工程育种,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
5、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。,基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？,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”。,二、动物基因工程前景广阔,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。,什么叫转基因动物？,1.用于提高动物生长速度,生长快、肉质好的转基因鱼(中国),转基因牛,乳汁中含有人生长激素的
6、转基因牛(阿根廷),超级动物,导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠,2.用于改善畜产品的品质,3.用转基因的动物生产药物,乳腺生物反应器,牛奶,不适症:,改善方法:,缺乏乳糖酶,原因:,将肠乳糖酶基因导入奶牛的基因组，,过敏、腹泻、恶心等,获取目的基因 （例如血清蛋白基因）,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（只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达）,（1）人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊染色体内，原因是 。,人和羊DNA分子的空间结构、化学组成相同,（2）从羊染色体中“剪下”羊蛋白质
7、基因的酶是。将人体蛋白质基因“插入”羊体细胞染色体中的酶是 。 （3）将人体蛋白质基因导入羊体内并成功地表达，使羊产生新的性状。这种变异属于 。 （4）假设人体蛋白质基因含有12 000个碱基对，则该基因控制合成的蛋白质共有个氨基酸。,限制酶,DNA连接酶,基因重组,4 000,1）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。,为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,产量高、质量好
8、、成本低、易提取,4.用转基因的动物作器官移植的供体,存在的难题： 解决方法：,将供体基因组导入某种基因调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。,免疫排斥,导入人基因具特殊用途的猪和小鼠,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。,三.基因工程药品异军突起,我国已生产的产品,白细胞介素-2、 干扰素、 乙肝疫苗等,近20种，年产值达30亿,工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。,作用：胰岛素是治疗糖尿病的特效药。 传统生产方法： 主要从猪、牛等家畜的胰腺中提
9、取，每100kg胰腺只能提取45g胰岛素。产量低，价格昂贵。 基因工程方法：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%。,基因工程药品 胰岛素,化学本质：是病毒侵入动物或人体细胞后产生的一种糖蛋白。 作用：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。 传统生产方法：从人血液中的白细胞内提取。 基因工程方法：19801982年，科学家在酵母菌细胞内获得了干扰素。 中国生产 （1993年）：重组人干扰素
10、a-1b: 治疗乙型肝炎,基因工程药品 干扰素,治疗侏儒症的唯一方法：是向人体注射生长激素。 传统生产方法：需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。 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。,基因工程药品 生长激素,1、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。,四、基因治疗曙光初照,基因探针：,基因探针就是一段与目的基因或被测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。,探针制备：放射性同位素(如3
11、2P)、 荧光分子等标记的DNA分子； 原理：利用DNA分子杂交原理；,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。,DNA分子杂交技术,该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开，把单股的DNA小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的DNA或基因。,基因诊断技术在什么方面发展迅速？,在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目
12、前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。,1）珠蛋白的DNA探针 镰刀状细胞贫血症 2）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症 3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针 白血病,举例,2、基因治疗,1）原理；,把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，达到治疗疾病的目的。,2）实例：,复合型免疫缺陷症,病因：,腺苷酸脱氨酶基因缺失,缺乏腺苷酸脱氨酶,免疫功能下降,复合型免疫缺陷症,治疗方法：,提取患者的淋巴细胞,导入正常的腺苷酸脱氨酶基因,筛选出能够产生腺苷酸脱氨酶的淋巴细胞,将该淋巴细胞扩增后转入患者体内,半年后，血液检测,被改造的淋巴细胞、腺苷酸脱氨酶,患者产生抗体的功能显著
13、改善,患者体内含有转基因淋巴细胞,1.该病治疗运用了基因工程技术，在这个实例中运载体是 ，目的基因是 。目的基因的受体细胞是 。 2.将转基因T细胞多次回输到患者的体内，免疫能力趋于正常是由于产生了 。产生这种物质的两个基本步骤是 和 。,某种反转录病毒,腺苷脱氨酶基因,抗体,转录,翻译,T细胞,治疗方法：先将患者的T细胞取出体外培养，然后用某种反转录病毒将正常的腺苷脱氨酶基因转入人工培养的T细胞中，再将转入的基因能表达的转基因T细胞注射到患者的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。,3）基因治疗的方法,体外基因治疗：,从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成
14、功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。,直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。,实例;,遗传性囊性纤维化病,1994年美国科学家利用经过修饰过的腺病毒作载体，将正常基因导入患者肺组织中。,体内基因治疗：,基因工程与食品业,基因工程为人类开辟新的食物来源。 1）鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。 2）用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。,基因工程为食品工业中提供了什么前景？,基因工程与环境保护,1）用于环境监测。 2）用于被污染环境的净化。,基因工程在环保方面有什么应用？,例
15、如：用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量。 特点：是快速、灵敏，1吨水中有10个病毒也能检测出来。,通过基因工程方法怎样进行环境监测？,基因工程与环境监测,基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。,1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来,基因工程与环境监测,利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,基因工程与环境污染治理,基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有
16、的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。,1 “吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。 3杀虫剂：通过基因重组构建新的杀虫剂，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程回收和利用工业废物。,通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？,五、植物基因工程硕果累累,转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面.,阅读书P17页,Bt毒蛋白,抗虫棉,病毒外,病毒复制,几丁质,壳蛋白,总结：,渗透压,抗冻蛋白,蛋白编码,成熟,玉米,外源生长激素,肠乳糖酶,启动子,乳腺,免疫排斥反应,相同,差异,内质网,高尔基体,生物活性,乳汁,细胞,
