第2节基因工程及其应用课件

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1、基因工程及其应用基因工程及其应用第六章第第六章第2节节基因工程：基因工程：即即 。通。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，细胞里， 地改造生物的地改造生物的 。原原 理：理：操作水平：操作水平：结结 果：果：基因重组基因重组DNADNA分子水平分子水平定向定向地改造生物的遗传性状，获得人类地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。所需要的品种。基因拼接技术或基因拼接技术或DNA重组技术重组技术定向定向遗传性状遗传性状目的基因目的基因供体

2、细胞供体细胞受体细胞受体细胞获得新性状获得新性状解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具关键步骤一的工具：关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：关键步骤三的工具：基因的基因的剪刀剪刀限制性内切酶限制性内切酶基因的基因的针线针线DNA连接酶连接酶基因的基因的运载工具运载工具运载体运载体1、基因工程的、基因工程的DNADNA限制性内切酶限制性内切酶( (限制酶限制酶) )主要存在于微生物主要存在于微生物一种限制酶一种限制酶只能识别只能识别一种特定的核苷一种特定的核苷酸序列酸序列, ,并在并

3、在特定切点特定切点切割切割DNADNA分子分子已发现的有已发现的有200200多种多种种类种类:来源来源:特点特点:“ ”作用于：作用于：磷酸二酯键磷酸二酯键AGCTAGCTP脱氧脱氧核糖核糖PPP脱氧脱氧核糖核糖脱氧脱氧核糖核糖脱氧脱氧核糖核糖 （1 1）DNADNA分子是由两条分子是由两条反向平行反向平行的脱氧核的脱氧核苷酸链盘旋成苷酸链盘旋成双螺旋结构双螺旋结构。脱脱氧氧核核苷苷酸酸链链脱脱氧氧核核苷苷酸酸链链脱氧脱氧核糖核糖P脱氧脱氧核糖核糖P脱氧脱氧核糖核糖P脱氧脱氧核糖核糖P脱氧核脱氧核苷酸苷酸磷酸二磷酸二酯键酯键限制性内切酶（限制性内切酶（EcoREcoR）作用过程）作用过程点击

4、播放点击播放CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG EcoRI 剪切目的基因剪切目的基因CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目的基因目的基因黏性末端黏性末端被同一种限制酶切断的两个被同一种限制酶切断的两个DNADNA是否具有是否具有相同的黏性末端？相同的黏性末端？思考思考: :形成的黏性末端不同形成的黏性末端不同不同的限制酶呢？不同的限制酶呢？具有具有CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCAT

5、CTTAAAATTCCGTAG 甲片段甲片段CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG GGCATCTTAAAATTCCGTAG DNADNA连接酶的作用位点连接酶的作用位点是：相邻的两个脱氧是：相邻的两个脱氧核苷酸的切口。即生成：核苷酸的切口。即生成：磷酸二酯键。磷酸二酯键。2、基因工程的、基因工程的“ ” DNA连接酶的作用过程连接酶的作用过程点击播放点击播放3、基因的运载体、基因的运载体（3 3）条条 件件能够在宿主细胞中能够在宿主细胞中复制复制并并稳定地稳定地保存保存具有具有多个限制酶切点多个限制酶切

6、点，以便与外源基，以便与外源基因连接因连接具具有标记基因有标记基因，便便于进行筛选于进行筛选（2 2）常用）常用的运载体：的运载体：质粒、噬菌体和动、植物病毒等质粒、噬菌体和动、植物病毒等（1 1）概念）概念 标记基标记基因，便因，便于进行于进行检测。检测。质粒质粒存在于许多细存在于许多细菌和酵母菌等生物菌和酵母菌等生物中中, ,是能够自主复是能够自主复制的制的很小的环状很小的环状DNADNA分子分子。o作为基因的运输工具作为基因的运输工具运载体，必需具备的条运载体，必需具备的条件之一及理由是件之一及理由是（ ）A、能在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以、能在宿主细胞中稳定地保存下来并大量

7、复制，以便提供大量的目的基因便提供大量的目的基因B、具有多个限制酶切点，以便目的基因表达、具有多个限制酶切点，以便目的基因表达C、具某些标记基因，以便于为目的基因的表达提供、具某些标记基因，以便于为目的基因的表达提供条件条件D、能在宿主细胞中复制并稳定保存，以便进行筛选、能在宿主细胞中复制并稳定保存，以便进行筛选A从细胞中分从细胞中分离出离出DNA从大肠杆菌从大肠杆菌中提取质粒中提取质粒限制限制 酶酶提取目的基因提取目的基因限制酶限制酶目的基因与运目的基因与运载体结合载体结合DNA连连 接酶接酶目的基因导入目的基因导入受体细胞受体细胞目的基因的检目的基因的检测与鉴定测与鉴定三、基因工程操作的基

8、本步骤三、基因工程操作的基本步骤抗虫棉抗虫棉抗抗CMVCMV甜椒甜椒抗虫原理？抗虫结果？抗虫原理？抗虫结果？1、基因工程与作物育种生长快、肉质好的转基因生长快、肉质好的转基因鱼鱼( (中国中国) )乳汁中含有人生长激素的乳汁中含有人生长激素的转基因牛转基因牛( (阿根廷阿根廷) )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因转鱼抗寒基因的番茄的番茄2 2、基因工程与药物研制、基因工程与药物研制我国生产的部分基因我国生产的部分基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物许多药品的生产许多药品的生产是从生物组织中提取是从生物组织中提取的。受材料来源限制的。受材料来源限制产量有限，其价格往产量有

9、限，其价格往往十分昂贵。往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。产量问题，还能大大降低生产成本。胰岛素从猪、牛等动物的胰胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰岛素，其产量之低和价的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。格之高可想而知。将合成的胰岛素将合成的胰岛素基因导入

10、大肠杆菌，基因导入大肠杆菌，每每2000L2000L培养液就能培养液就能产生产生100g100g胰岛素！使胰岛素！使其价格降低了其价格降低了30%-30%-50%!50%! 临床常见的生长激素，干扰素和乙肝疫苗等药物都临床常见的生长激素，干扰素和乙肝疫苗等药物都可以用基因工程来大规模生产可以用基因工程来大规模生产1987年开始上市的干扰素年开始上市的干扰素生产胰岛素历史？基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和能吞食和分解多种污染环境的物质。分解多种污染环境的物质。通常一种假单孢通常一种假单孢杆菌只能分解石油中杆菌只能分解石油中的一种烃类用基因的一种烃类用基因工程培育成功的工程

11、培育成功的“超超级细菌级细菌”却能分解石却能分解石油中的多种烃类化合油中的多种烃类化合物。物。 科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分解解DDTDDT等毒害物质的细菌。等毒害物质的细菌。3、环境污染治理、环境污染治理 利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分灵敏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亡，甚至还可以吸收和转化污染物。例例1.1.基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和改造沙漠方面

12、显示了良好的前景农业和改造沙漠方面显示了良好的前景, ,荷兰一家荷兰一家公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物( (如甜菜、马铃薯等如甜菜、马铃薯等) )中并获得有效表达，使中并获得有效表达，使“工工程植物程植物”增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：是： （2）基因表达的含义是：）基因表达的含义是： （3）写出酶基因工程在植物体内的表达过程：）写出酶基因工程在植物体内的表达过程： （4）基因工程操作中的工具是：）基因工程操作中的工具是： 海藻糖合成酶基因的获取海藻糖合成酶基因的获取目的基因与运载体结合目的基因与运

13、载体结合将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞目的基因的表达和检测目的基因的表达和检测基因基因通过通过转录转录、翻译翻译合成蛋白质，体合成蛋白质，体现出相应的性状现出相应的性状酶基因酶基因 mRNA mRNA 海藻糖合成酶海藻糖合成酶转录转录翻译翻译限制性核酸内切酶；限制性核酸内切酶；DNADNA连接酶；运载体连接酶；运载体操作复杂，难度大操作复杂，难度大目的性强，育种时间短，克服了远缘杂交的障碍目的性强，育种时间短，克服了远缘杂交的障碍基因重组基因重组基因工程育种小结：基因工程育种小结：1 1、原理：、原理：2 2、主要操作过程：、主要操作过程：3 3、优点：、优点：4 4、缺点：、缺

14、点：1.1.目的基因的提取目的基因的提取2.2.目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合3.3.目的基因导入受体细胞目的基因导入受体细胞4.4.目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达 转基因食品转基因食品 安全吗安全吗?!转基因植物的安全性争基因植物的安全性争论o支持派认为：如果转基因农业生物技术得不支持派认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。康和环境的确切证据。o美国人食用美国人食用转基因食品已基因食品已多年，多年，超超级

15、市市场上上有有4000多种商品是含多种商品是含有有转基基因因植植物成分的物成分的，还没有事例没有事例证明人吃了以后明人吃了以后会得病，甚至会引会得病，甚至会引起起死亡。死亡。加拿大、澳大利加拿大、澳大利亚也是也是转基因食品的生基因食品的生产大国，均大国，均有几有几千万人在千万人在吃吃，到，到现在在为止也没止也没有有个案例个案例说明它明它有有问题 。反对派的观点反对派的观点o一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能；老鼠免疫系统功能；o美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。害蝴蝶幼虫及其

16、相关生态环境。o环保团体认为这种违反自然的转基因作物环保团体认为这种违反自然的转基因作物及产品，未经长期安全测试，长期食用可及产品，未经长期安全测试，长期食用可能对人类及生态环境造成负面影响。能对人类及生态环境造成负面影响。o尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家，尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家，对转基因作物更加排斥，因而抵制美国对转基因作物更加排斥，因而抵制美国GMO产品的进口。产品的进口。基因工程的操作工具基因工程的操作工具1.基因的剪刀基因的剪刀 限制酶限制酶2.基因的针线基因的针线 连接酶连接酶 3.基因的运输工具基因的运输工具 运载体运载体 基因工程的操作步骤基因工程的操作步骤1.目

17、的基因的目的基因的提取提取2.目的基因与运载体目的基因与运载体结合结合3.目的基因目的基因导入导入受体细胞受体细胞4.目的基因的目的基因的检测检测与与鉴定鉴定一、基因工程的原理二、基因工程的应用三、转基因和转基因食品的安全性1. 1. 人体某蛋白质在细胞中合成后必须经过内人体某蛋白质在细胞中合成后必须经过内质网和高尔基体的进一步加工方能分泌到细胞外，质网和高尔基体的进一步加工方能分泌到细胞外，欲通过转基因技术使编码该蛋白质的基因得以表欲通过转基因技术使编码该蛋白质的基因得以表达最终获得成熟蛋白，下列适于充当受体细胞的达最终获得成熟蛋白，下列适于充当受体细胞的是是( )( )A A大肠杆菌大肠杆

18、菌B B酵母菌酵母菌C C噬菌体噬菌体D D质粒质粒B课堂练习课堂练习6.19786.1978年美国科学家利用转基因技术，将人类年美国科学家利用转基因技术，将人类的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的胰岛素基因拼接到大肠杆菌DNADNA中，然后通过大肠中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产出人类胰岛素药物。请回答：杆菌的繁殖，生产出人类胰岛素药物。请回答：从分子结构看，细菌中的质粒是一种从分子结构看，细菌中的质粒是一种；质粒能随细菌的细胞分裂而增加，质；质粒能随细菌的细胞分裂而增加，质粒这种增殖方式在遗传学上称为粒这种增殖方式在遗传学上称为 。基因工程中常采用质粒作为基因工程中常采用质粒作为。DNA DNA

19、DNADNA复制复制 运载体运载体 拼接到大肠杆菌拼接到大肠杆菌DNADNA中的人胰岛素基因与人体中的人胰岛素基因与人体细胞中的胰岛素基因是否相同？为什么？细胞中的胰岛素基因是否相同？为什么？人的胰岛素基因能在大肠杆菌细胞中表达，合人的胰岛素基因能在大肠杆菌细胞中表达，合成人的胰岛素，说明不同生物成人的胰岛素，说明不同生物 。不同，体细胞中的胰岛素基因上含有内含子，不同，体细胞中的胰岛素基因上含有内含子，而拼接到大肠杆菌而拼接到大肠杆菌DNADNA上的胰岛素基因是经过加工上的胰岛素基因是经过加工的，上面不含内含子。的，上面不含内含子。共用一套密码子共用一套密码子请回答：请回答：图中外源基因由图

20、中外源基因由 提供，受体细胞由提供，受体细胞由 提供。提供。外源基因成功表达的过程为外源基因成功表达的过程为 。7.7.现在，许多发达的国家采用基因疗法来现在，许多发达的国家采用基因疗法来治疗糖尿病，其操作过程如图所示。治疗糖尿病，其操作过程如图所示。健康人健康人 病人病人 DNARNADNARNA蛋白质蛋白质（胰岛素）（胰岛素）习题答案习题答案基础题基础题 1.1.基因工程的操作通常包括以下基因工程的操作通常包括以下4 4步：步：（1 1）获得目的基因（外源基因）；（）获得目的基因（外源基因）；（2 2）目的）目的基因与运载体结合，形成重组基因与运载体结合，形成重组DNADNA分子；（分子；

21、（3 3）将重组将重组DNADNA分子导入受体细胞；（分子导入受体细胞；（4 4）目的基因）目的基因的检测与表达。的检测与表达。 2.2. 3. 3.常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植物病毒等。物病毒等。 拓展题拓展题1.1.提示：这是因为在基因水平上，人和细菌的遗提示：这是因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一致的。细菌和人的遗传物质都是传机制是一致的。细菌和人的遗传物质都是DNADNA，都使，都使用同一套遗传密码子，都遵循中心法则。因此，通过用同一套遗传密码子，都遵循中心法则。因此，通过基因重组，细菌能够合成人体的某些蛋白质。基因重组，细菌能够合成人体的某些蛋白质。2.2.提示：例如，可以向客户说明农场具备相应的提示：例如，可以向客户说明农场具备相应的安全检测设施和措施，已经领取了农业转基因生物安安全检测设施和措施，已经领取了农业转基因生物安全证书，产品中所含有的成分都是自然界天然存在的全证书，产品中所含有的成分都是自然界天然存在的物质，产品经过试用表明对人体无害等。物质，产品经过试用表明对人体无害等。3.3.提示：例如，提示：例如，“转基因土豆转基因土豆肝炎患者的希肝炎患者的希望！望！”等。等。