基因工程的应用ppt演示课件

1.3 基因工程的应用,学习目标1、举例说出植物基因工程的成果2、举例说出动物基因工程的成果3、举例说出基因工程药品4、概括出基因治疗的原理及过程5、说出基因芯片的概念,.,3,转基因生物与目的基因的关系,Bt毒蛋白基因,几丁质酶基因和抗毒素合成基因,调节细胞渗透压的基因,抗冻蛋白基因,抗除草剂基因,富含赖氨酸的蛋白质编码基因,控制番茄成熟的基因,甜味基因,肠乳糖酶基因,人胰岛素基因,苏云金芽孢杆菌,鱼,人,一、植物基因工程,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。,1、抗虫转基因植物2、抗病转基因植物3、抗逆转基因植物4、利用转基因改良植物的品质,1.抗虫转基因植物,优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量,例子：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等,主要杀虫基因： 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,典型例子：转基因抗虫棉Bt毒蛋白基因,1.抗虫转基因植物,抗虫棉,普通棉,2.抗病转基因植物,抗病基因： 病毒外壳蛋白基因、 病毒的复制酶基因.抗真菌基因： 几丁质酶基因、 抗毒素合成基因.,3.抗逆转基因植物,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯,特点： 导入另一种生物的优良性状基因，获得新性状抵抗恶劣环境因素，从根本上改变作物的特性,4.利用转基因改良植物的品质,不会引起过敏的转基因大豆,优点： 改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质,使果品延熟，便于储存,将控制番茄成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄。,转基因延熟番茄,丰富花卉品种颜色，提高观赏价值。,将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色。,转基因矮牵牛,普通矮牵牛,玫瑰花没有产生蓝色色素的基因,无法生长蓝色花瓣。虽然玫瑰有5000多年的人工栽培历史,迄今已培育出2500多个品种,但始终没有蓝玫瑰的身影。 日本三得利公司耗资30亿日元培育成蓝玫瑰。他们从蓝三叶草中提取蓝色素基因,将蓝花基因植入玫瑰花,培植出蓝玫瑰。这株玫瑰的花瓣中所含的色素为蓝色,纯度接近100%。,二、动物基因工程前景广阔,特点：发展较迟，应用方面广,1、提高生长速度2、改善畜产品的品质3、生产药物4、作为器官移植的供体,1.用于提高动物生长速度,原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快,转基因鲤鱼,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”。,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,转基因牛的乳汁，降低乳糖含量,.,20,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？,3.用转基因的动物生产药物（重点）,优点： 产量高、质量好、 成本低、易提取,方法： 乳腺生物反应器 膀胱生物反应器,注意： 雌性个体才能生产药物,过程：1、重组药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子2、用显微注射法导入到受精卵3、将受精卵送入母体生长发育4、转基因动物进入泌乳期后，提取乳汁,产物：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、-抗胰蛋白酶,为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？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。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。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。,4.用于转基因动物作器官移植的供体,设想,建立器官移植工厂,动物基因工程,现实,用动物的器官解决人类器官来源问题,在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接从生物体的哪些结构中提取？ 药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。传统生产方法的缺点 由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。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。,三、基因工程药品异军突起,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,基因工程药品 胰岛素,利用生物工程获得胰岛素,从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！,通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取2040mg干扰素,基因工程药品 干扰素,人造血液及其生产,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，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。,其它基因工程药物,基因工程药品 生长激素,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。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。,现可利用基因工程方法，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。,其它基因工程药物,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。探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子；原 理：利用DNA分子杂交原理；,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；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。,DNA分子杂交原理： DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：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。,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。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。举例珠蛋白的DNA探针 镰刀状细胞贫血症苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针 白血病,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。这是治疗遗传病的最有效的手段。,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,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改善,患者体内含有转基因淋巴细胞,基因治疗： 患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。 1971年，美国科学家在体外做了试验，用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。,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：,4）用于基因治疗的基因种类正常基因：从健康人体上分离得到的功能正常的基因，用以取代病变基因，或依靠其表达产物。反义基因:即通过产生的mRNA分子，与病变基因产生的mRNA 进行互补，来阻断非正常蛋白质的合成。自杀基因：即编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因。,阅读书P24页,基因工程与食品工业,基因工程为食品工业提供了什么前景？基因工程为人类开辟新的食物来源。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。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。,基因工程与环境保护,基因工程在环保方面有什么应用？ 用于环境监测。 用于被污染环境的净化。通过基因工程方法怎样进行环境监测？ 例如：用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量。此方法的特点是快速、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净化被污染的环境？用基因工程产物“超级细菌”分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。用基因工程培养出“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。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。,基因芯片,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、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。,植物基因工程的成果【例1】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,【名师点拨】Bt基因也被称为Bt毒蛋白基因，在该基因指导下表达出的蛋白质对害虫有毒害作用，能够杀死害虫，但对哺乳动物无害。该基因来自苏云金芽孢杆菌，把该基因通过基因工程手段导入植物体内可培育成抗虫植物，能产生杀虫蛋白，从而减少农药的使用量，既增加了农作物产量，也保护了环境。,【答案】C,【配对练习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抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性【答案】D,对动物基因工程的理解【例2】2012年4月1113日，在杭州举行的 2012干细胞技术与应用讲座中，多位专家对转基因动物的研究作了专,题演讲。请问“转基因动物”是指(,),A提供外源基因的动物B能导入外源基因的动物C能产生特异蛋白的动物D基因组中增加外源基因的动物,【名师点拨】转基因动物是指利用基因工程技术导入外源基因而培育出能够将新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。,【答案】D,【配对练习2】基因工程在畜牧养殖业上的应用有广阔的前景，科学家将某些特定基因与病毒 DNA 构成重组 DNA，然,),后通过感染或显微注射技术转移到动物的(A去核细胞中B受精卵中C乳腺细胞中D任何体细胞中【答案】B,基因治疗的应用,【例3】基因治疗是指( ),A把健康外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的B对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的C运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢复正常D运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的,【名师点拨】基因治疗只是将正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，而细胞中的缺陷基因并未修复，而是和正常基因同时存在。,【答案】A,【配对练习3】治疗白血病、苯丙酮尿症等人类遗传病的,根本途径是(,),A口服化学药物B注射化学药物C利用辐射或药物诱发缺陷基因突变D采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因带来的影响【答案】D,1.下列转基因生物与所运用的目的基因正确是 : ( )(多选)A抗虫棉Bt毒蛋白基因 B抗真菌立枯丝核菌的烟草抗毒素合成基因C抗盐碱和干旱植物调节细胞渗透压的基因 D耐寒的番茄抗冻蛋白基因,正本作业,ABCD,.,52,2在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是 ()A用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C将重组DNA分子导入烟草原生质体D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞,A,3有关基因工程的说法，不正确的是 ( )A.在基因工程操作中，只要在受体细胞中检测到目的基因，就能表达B.基因工程操作的必须的工具有限制性核酸内切酶、DNA连接酶和