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1、第三节基因工程的应用一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种1、传统的遗传育种方法有哪些？、传统的遗传育种方法有哪些？杂交育种杂交育种诱变育种诱变育种单倍体育种单倍体育种多倍体育种多倍体育种缺点：缺点：时间长、时间长、远缘亲本难以杂交（优良性状的重组远缘亲本难以杂交（优良性状的重组只能限制于同种生物之间）只能限制于同种生物之间） 2、基因工程技术如何解决不同生物之间优、基因工程技术如何解决不同生物之间优良性状的重组？良性状的重组？3、到目前为止，基因工程技术解决了哪些不、到目前为止，基因工程技术解决了哪些不同生物之间优良性状的重组？同生物之间优良性状的重组？ 转基因抗虫棉花转基因抗虫棉花转
2、入转入苏云金芽胞苏云金芽胞杆菌杆菌的一个抗虫基的一个抗虫基因，是中国目前最因，是中国目前最主要的转基因作物主要的转基因作物 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大不会引起过敏的转基因大豆豆转基因植物：转基因植物：1 1）高产、优质的农作物；）高产、优质的农作物；2 2）抗逆性品种抗逆性品种 抗盐碱、抗寒、抗干旱抗盐碱、抗寒、抗干旱3 3）提高农作物的营养价值。）提高农作物的营养价值。提高动物生长速度提高动物生长速度生长快、耐不良环境、肉质生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼好
3、的转基因鱼( (中国中国) )转基因动物：转基因动物：乳汁中含有人生长激素的转乳汁中含有人生长激素的转基因牛基因牛( (阿根廷阿根廷) )转基因的动物生产药物转基因的动物生产药物导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠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改善畜产品的品质导入人基因具特殊用途的猪和小鼠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转基因的动物作器官移植的供体二、基因工程与疾病治疗二、基因工程与疾病治疗1 1、基因工程生产药物、基因工程生产药物2 2、基因治疗、基因治疗胰岛素从猪、牛等动物的胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，胰腺中提取，100Kg100Kg胰腺只
4、能胰腺只能提取提取4 45g5g的胰岛素，其产量的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每导入大肠杆菌，每2000L2000L培养液就能产生培养液就能产生100g100g胰岛素！使其价格胰岛素！使其价格降低了降低了30%-50%!30%-50%!胰岛素胰岛素通过基因工程的方式创通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每杆菌，每1Kg1Kg的培养液可提的培养液可提取取204204mgmg干扰素。干扰素。干扰素治疗病毒感染简直是干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药万能灵药”！过去从人血！过去从
5、人血中提取，中提取，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！其其“珍贵珍贵”程度自不用多说。程度自不用多说。干扰素干扰素 干扰素是病毒侵入细胞后产生的一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。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传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每中的白细胞内提取，每300L300L血液只能提取出血液只能提取出1mg1mg干扰素。干扰素。19801
6、98219801982年，科学家用基因工年，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，是传统的生产量的扰素，是传统的生产量的1212万倍。万倍。19871987年上年上述干扰素大量投放市场。述干扰素大量投放市场。 基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素 我国第一个基因重组新药我国第一个基因重组新药-干扰素（安达干扰素（安达芬），安达芬具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节芬），安达芬具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾
7、病治疗的种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。其它基因工程药物其它基因工程药物人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。康水平发挥了重大的作用。人人造造血血液液及及其其生生产产我国生产的基因工程药品我国生产的基因工程药品乙肝疫苗乙肝疫苗白细胞介素白细胞介素-2-2干扰素干扰素人生长激素等人生长激素等转基因动物的乳腺。转基因动物的乳腺。就基因药物而言，最理想
8、的表达场所是哪里？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是指把人或哺乳动物的某种基因导入到哺乳动物动物( (如鼠、兔、羊和猪如鼠、兔、羊和猪) )的受精卵里，目的的受精卵里，目的基因若与受精卵染色体基因若与受精卵染色体DNADNA整合，细胞分裂时，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。一种新的个体，称为转基因动物。 什
9、么叫转基因动物？什么叫转基因动物？ 1 1、乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体、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内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。反应。 2 2、从乳汁中获取目的基因产物，产量高，、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，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。具有稳定的生物活性。 3 3、从乳汁中源源不断获得目的基因的产物、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。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为什么乳腺
10、能成为基因药物最理想的表达场所呢？场所呢？2 2、基因治疗、基因治疗（1 1）概念：向目标细胞引入正常功能的基因，）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陷，达到治疗的目的。以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗的目的。（2 2）实例：）实例：19901990年，美国年，美国 重度免疫缺陷症的临床基因治疗重度免疫缺陷症的临床基因治疗 19901990年年9 9月月1414日，安德森对一例患日，安德森对一例患腺甘脱氨酶缺乏症（腺甘脱氨酶缺乏症（ADAADA缺乏缺乏症）的症）的4 4岁女孩进行基因治疗。这个岁女孩进行基因治疗。这个4 4岁女孩由于遗传基因有缺陷，岁女孩由于遗传基因有缺陷
11、，自身不能生产自身不能生产ADAADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的血液输入她左臂的一被健康的基因替代，然后把含正常白血球的血液输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的条静脉血管中。在以后的1010个月内她又接受了个月内她又接受了7 7次这样的治疗，同次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生
12、活，并进入普通小学上学。帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。 ADAADA缺乏症：一种严重的免疫缺陷症缺乏症：一种严重的免疫缺陷症, ,腺苷脱氨酶的缺乏可使腺苷脱氨酶的缺乏可使T T淋巴细胞因代谢产物的累积而死亡淋巴细胞因代谢产物的累积而死亡, ,从而导致严重的联合性免疫缺从而导致严重的联合性免疫缺陷症陷症(SCID)(SCID)。通常导致婴儿出生几个月后死亡。通常导致婴儿出生几个月后死亡。ADAADA缺乏症的基因治疗缺乏症的基因治疗取患者骨髓取患者骨髓分离干细胞分离干细胞运载体病毒运载体病毒正常基因正常基因导入正常基因的干细胞导入正常基因的干细胞注入患者体内注入患者体内ADAADA缺
13、乏症的基因治疗缺乏症的基因治疗1、基因工程物、基因工程物基因工程与疾病治疗基因工程与疾病治疗2、基因诊断、基因诊断3、基因治疗、基因治疗胰岛素、干扰素胰岛素、干扰素 、乙肝疫苗、乙肝疫苗基因探针检测病毒、诊断遗传病基因探针检测病毒、诊断遗传病 把健康的外源基因导入有基因缺陷把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，的细胞中，达到治疗疾病的目的。达到治疗疾病的目的。 基因诊断：基因诊断：（1 1）概念：）概念：用放射性同位素（用放射性同位素（3232P P）、）、荧光分子等标荧光分子等标记的记的DNADNA分子做探针，利用分子做探针，利用DNADNA分子杂交原理，鉴定被分子杂交原理，鉴定被检测标本
14、上的遗传信息，达到检测疾病的目的。检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。（2）原理：）原理：DNA分子杂交。分子杂交。（3 3）DNADNA探针：探针：概念：概念：用已知序列的用已知序列的DNADNA片段作为探针与待测样品片段作为探针与待测样品的的DNADNA序列进行核酸分子杂交，序列进行核酸分子杂交，用于对待测核酸样品用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探测。中特定基因顺序的探测。 DNADNA探针的必备条件：探针的必备条件：A A、必、必须是单链；须是单链；B B、带、带有容易被检测出来的标记物。有容易被检测出来的标记物。（5）实例：实例：病毒的检测：病毒的检测：肝炎病毒、肠道病毒、单纯
15、孢疹肝炎病毒、肠道病毒、单纯孢疹病毒等；病毒等； 遗传性疾病的检测：遗传性疾病的检测：镰刀型细胞贫血症、苯丙酮镰刀型细胞贫血症、苯丙酮尿症等；尿症等；A A、制作基因探针；、制作基因探针；（4）基因诊断的过程基因诊断的过程B B、将待测基因加热成单链；、将待测基因加热成单链；C C、两者混合杂交。、两者混合杂交。DNA分子杂交原理：分子杂交原理：互补的互补的DNADNA单链能够在一定条件下结合成双链，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，当用一段已知按照碱基互补配对进行。因此，当用一段已知基因
16、的核苷酸序列作为探针，与被测基因进行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。被测基因中含有已知的基因序列。异常基因异常基因作探针作探针点杂交点杂交正常基因正常基因 作探针作探针点杂交点杂交正常人正常人 患者患者 DNA DNA DNADNA正常人正常人 患者患者 DNA DNADNA DNA1 1、制作基因探针、制作基因探针2 2、将待测基因加、将待测基因加热成单链热成单链3 3、两者混合杂交、两者混合杂交应用：应用：基因诊断基因诊断生物芯片生物芯片 从正常人的基因组中分离出从正常人的
17、基因组中分离出DNADNA，与，与DNADNA芯片杂交就可以得芯片杂交就可以得出出标准图谱标准图谱；从病人的基因组中分离出；从病人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可芯片杂交就可以得出以得出病变图谱病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的变的DNADNA信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经信息。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。济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。 体外核酸扩增技术。体外核酸扩增技术。 优点：优点：具有特异、敏感、产率高
18、、具有特异、敏感、产率高、 快速、简便、快速、简便、重复性好、易自动化等；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能在一个试管内将所要研究的目的基因或某一DNADNA片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍, ,使肉能使肉能直接观察和判断；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可从一根毛发、一滴血、甚至一个细胞中扩增出足量的出足量的DNADNA供分析研究和检测鉴定。供分析研究和检测鉴定。应用：应用：基因诊断基因诊断PCR法法三、基因工程与生态环境保护三、基因工程与生态环境保护1 1、环境监测：、环境监测：基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。检测环境中的病毒、细菌等污染。1t 1t水中只有水中只有1010个病毒也能被个病毒也能被DNADNA探针检测出来探针检测出来分解四种烃类的分解四种烃类的“超级菌超级菌”，吞噬汞和降解土壤中吞噬汞和降解土壤中DDT的细菌的细菌 可降解的塑料袋可降解的塑料袋2、环境净化、环境净化
