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1、1,基因工程,2,两则新闻材料,2、参考消息“开眼界”栏目中刊登一则新闻： 美国科学家已将人的血红蛋白基因导入猪的体内，并成功的进行了表达。,1、近期（2004年9月）中央电视台焦点访谈播出了一期节目，反映目前我国血库中血液短缺，很多病人排队等候输血，有的因为不能及时输血而造成病情恶化，甚至死亡。节目呼吁人们要关爱生命，义务献血。,3,：人的血红蛋白基因怎样才能导入猪的体内呢？这就需要借助一门新兴的技术基因工程。,4,一、基因工程的概念,获得人类所需的基因产物,结 果,剪切、拼接、导入、表达,基本过程,DNA分子水平,操作水平,基 因,操作对象,生物体外,操作环境,基因拼接技术、DNA重组技术
2、等,别 名,5,二、基因操作的工具,问题1:,基因操作是在DNA分子水平上进行的,用普通的操作工具能够操作吗?,那么需要用什么工具呢?,6,1、基因工程的 “ ”,粘性末端,限制性内切酶,酶!,观察与思考,7,不同的“剪刀”所识别的核苷酸序列、切点以及形成的黏 性未端都不同,观察与思考,不同的限制性内切酶识别的核 苷酸序列、切点以及形成的粘 性未端都是否相同？,8,观察与思考,9,1、基因工程的 “ ”,限制性内切酶,微生物（已发现的有200种）,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定切点切割,（3）分布：,（1）特点：,（2）结果：,产生粘性末端或平末端,10,DNA连接酶,问题3
3、： 如果把两种来源不同的DNA用同一种酶 切割，会怎样呢？,观察与思考,11,指“DNA连接酶”,（1）连接的部位：,连接“梯子”断口的“扶手”磷酸酯键；而非“梯子”中间的“踏板”氢键,2、基因工程的 “ ”,（2）结 果：,两个相同的粘性末端或平末端连接,12,问题4： 如何将目的基因导入受体细胞呢？,运载体,13,问题与探索,1、作为运载体必须具备什么条件？ 2、为什么质粒常作为运载体？,14,3、基因工程的 “ ”,目的基因,（3 ）作 用：,（1）具备条件：,（2）种 类：,将外源基因导入受体细胞,质粒、噬菌体和动植物病毒,a、能够在宿主细胞中复制 并稳定地保存,b、具有多个限制酶切点
4、，以便与外源基因连接,c、具有标记基因，便于筛选,15,运载体,观察与思考,为什么质粒 常作为运载 体？,质粒是细菌等微生物中能够自主复制的小型环状DNA分子，其上面常含有标记基因能够“友好”地“借居”在宿主细胞中，它的存在与否对宿主细胞的生存没有决定性的作用。,16,二、基因操作的工具,1、基因工程的 “ ”,3、基因工程的 “ ”,17,基 因 操 作 的 基,本 步 骤 示 意 图,18,三、基因操作的基本步骤,提取目的基因 目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测和表达,19,目的基因的提取 1、基因文库中获取【鸟枪法（散弹射击法）】 2、人工合成基因的方法,三、基
5、因操作的基本步骤,20,.,21,鸟枪法（散弹射击法）,三、基因操作的基本步骤,优点：,缺点：,操作简便,工作量大，具有一定的盲目性,22,三、基因操作的基本步骤,人工合成法,DNA合成仪,逆转录法,根据已知的氨基酸 序列合成DNA,23,mRNA,DNA,逆转录,24,蛋白质,mRNA,DNA,25,人工合成法,三、基因操作的基本步骤,优点：,缺点：,专一性强，还可以合成自然界中 不存在的基因，因此有着广泛的 应用前景。,操作过程麻烦，技术条件要求较高,26,观察与思考,3、目的基因与运载体结合,27,A C G,T,G C A,T,抗菌素抗性基因,标记基因,观察与思考,1、切割质粒与获得目
6、的基因切割DNA分子是否 一定要用同一种限制性内切酶？为什么？,答：是。要保证有相同的黏性未端或平末端。,2、该过程除使用限制性内切酶外，还使用什么酶？,答：DNA连接酶。,28,三、基因操作的基本步骤,1、为什么常用细菌等微生物作为受体细胞？,2、当用细菌作为受体细胞时，在导入重组DNA之前对其应作何处理？,3、重组DNA分子进入受体细胞后，是否意味着转基因的成功？,答：细菌等微生物的繁殖速度非常快，在短时间内就能获得大量目的基因和基因产物。,答：用氯化钙溶液处理细菌，以增大细菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。,答：不是，重组DNA分子进入受体细胞后受体细胞必须表现出特
7、定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。,29,小 结,基因操作 的工具,限制性内切酶,DNA连接酶,运载体,目的基因与运载体结合,目的基因的检测和表达,将目的基因导入受体细胞,目的基因的提取,30,巩固练习,选择题： 1、有关于基因的叙述正确的是 ( ) A 限制性内切酶只在获得目的基因时才使用 B 重组质粒的形成在细胞内完成 C 质粒都可作为运载体 D 蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料,D,31,巩固练习,填空题： 1、中国科学陈炬把人的搞病毒干扰素（一种蛋白质）基因植入烟草的细胞中并“嫁接”到基DNA分子上，使烟草获得了抗病毒的能力。试分析回答：,（1）、人的基因这所以能“嫁接”到
8、植物的DNA分子上去，是因为： _。,（2）、烟草有了抗病毒的能力，这表明烟草体内产生了_。这个事实说明，人和植物共同用一套_，蛋白质的合成方式_。,（3）、这个事实也可证明，现代地球上的生物是由工人的原始祖先经过漫长的地质年代逐渐进化而来的，它们之间有着或近或远的_关系。,人与植物的DNA分子结构相同,抗病毒干扰素,遗传密码,相同,亲缘,32,二、填空题 番茄在运输和储存过程中，由于过早成熟而易腐烂。应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟激素的合成能力，可使番茄储藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种。这种转基因番茄已于1993年在美国上市。 请回答：,33,（1）促进果实成熟的重要激素是
9、_（2）在培育转基因番茄的基因操作中。所用的 基因“剪刀”是_ 基因“针线”是_，基因“运 输工具”是_。（3）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工 程来培育新品种的主要优点是： _，_和 _ 。,乙烯,限制性内切酶,DNA连接酶,运载体,目的性强,育种周期短,克服了远缘杂交的障碍,34,基因工程的应用,35,一、基因工程与遗传育种,1、传统的遗传育种方法有哪些？,杂交育种 诱变育种 单倍体育种 多倍体育种,优点：,缺点：,时间长、 远缘亲本难以杂交（优良性状的重组只能限制于同种生物之间）,36,2、基因工程技术如何解决不同生物之间优良性状的重组？,37,3、到目前为止，基因工程技术解决了哪些
10、不同生物之间优良性状的重组？,38,转基因抗虫棉花,转入苏云金杆菌的一个抗虫基因，是中国目前最主要的转基因作物,39,转基因植物：,1）高产、优质的农作物； 2）抗逆性品种 抗盐碱、抗寒、抗干旱 3）提高农作物的营养价值。,40,提高动物生长速度,生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国),转基因动物：,41,乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),转基因的动物生产药物,42,导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠,改善畜产品的品质,43,导入人基因具特殊用途的猪和小鼠,转基因的动物作器官移植的供体,44,二、基因工程与疾病治疗,1、基因工程生产药物,2、基因治疗,45,干扰素是病毒侵入细胞后
11、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。19801982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。,基因工程药品 干扰素,46,我国生产的基因工程药品,乙肝疫苗 白细胞介素-2 干扰素 人生长激素等,47,转基因动物的乳腺。,就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？,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
12、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？,48,1、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？,49,2、基因治疗,（1）概念：向目标细胞引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺
13、陷，达到治疗的目的。,（2）实例：,1990年，美国 重度免疫缺陷症的临床基因治疗,50,1、基因工程物,基因工程与疾病治疗,2、基因诊断,3、基因治疗,胰岛素、干扰素 、乙肝疫苗,基因探针检测病毒、诊断遗传病,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。,51,基因诊断：,（1）概念：用放射性同位素（32P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。,（2）原理：DNA分子杂交。,（3）DNA探针：,概念：用已知序列的DNA片段作为探针与待测样品的DNA序列进行核酸分子杂交，用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探
14、测。, DNA探针的必备条件：,A、必须是单链；,B、带有容易被检测出来的标记物。,52,（5）实例：,病毒的检测：肝炎病毒、肠道病毒、单纯孢疹病毒等；,遗传性疾病的检测：镰刀型细胞贫血症、苯丙酮尿症等；,A、制作基因探针；,（4）基因诊断的过程,B、将待测基因加热成单链；,C、两者混合杂交。,53,DNA分子杂交原理：,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。,54,正常人 患者 DNA DNA,正常
15、人 患者 DNA DNA,1、制作基因探针 2、将待测基因加热成单链 3、两者混合杂交,应用：基因诊断生物芯片,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。,55,体外核酸扩增技术。 优点：具有特异、敏感、产率高、 快速、简便、重复性好、易自动化等； 能在一个试管内将所要研究的目的基因或某一DNA片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍,使肉能直接观察和判断； 可从一根毛发、一滴血、甚至一个细胞中扩增出足量的DNA供分析研究和检测鉴定。,应用：基因诊断PCR法,56,三、基因工程与生态环境保护,57,1、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,58,分解四种烃类的“超级菌”， 吞噬汞和降解土壤中DDT的细菌 可降解的塑料袋,2、环境净化,59,蛋白质工程,60,什么是蛋白质工程,以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的
