基因工程的应用

1.培育转基因抗虫棉的主要步骤需要哪些工具？2.简述培育转基因抗虫棉的基本过程？思考：限制酶、DNA连接酶、载体1）获取目的基因2）构建基因表达载体3）将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测与鉴定获取目的基因从基因文库利用PCR化学方法人工合成构建基因表达载体目的基因、启动子、终止子、标记基因将目的基因导入受体细胞农杆菌转化法、显微注射法、钙离子处理法目的基因的检测与鉴定检测：是否插入、转录、翻译鉴定：抗虫、抗病的接种试验专题１基因工程转入荧光素酶蛋白基因发荧光的烟草蓝玫瑰怪物1怪物2怪物3怪物4

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,以及改良生物的品质和生产药物等方面.植物基因工程的应用抗虫转基因植物抗虫害玉米一、植物基因工程外源基因类型及举例成果举例植物基因工程成果抗虫转基因植物抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米项目类型抗虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因植物基因工程的应用抗病转基因植物抗病转基因植物抗病毒番茄抗病毒甜椒未抗病毒番茄未抗病毒甜椒抗病毒转基因植物抗病毒黄瓜抗病毒小麦不抗病黄瓜不抗病小麦一、植物基因工程外源基因类型及举例成果举例植物基因工程成果抗虫转基因植物抗虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米抗病转基因植物抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗除草剂大豆和玉米项目类型抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因抗真菌基因:几丁质酶基因植物基因工程的应用抗逆转基因植物抗逆转基因植物优势未转入抗寒基因的番茄转入抗寒基因的番茄未转入抗旱基因的烟草转入抗旱基因的烟草一、植物基因工程外源基因类型及举例成果举例植物基因工程成果抗虫转基因植物抗虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米抗病转基因植物抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因抗真菌基因:几丁质酶基因抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒甜椒抗逆转基因植物抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米项目类型抗逆基因：渗透压调节基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因二、动物基因工程前景广阔（一）用于提高动物生长速度——动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等导入外源生长激素基因给我喝点好吗？哇，真好喝NO，喝了你会拉肚子的！（二）用于改善畜产品的品质将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。乳汁中含人类乳铁蛋白的转基因牛，口服可以预防眼睛近视，促进肠胃吸收等功能（荷兰）乳汁中含有人类生长激素的转基因牛（阿根廷）（三）用转基因的动物生产药物就基因药物而言，最理想的表达场所——转基因动物的乳腺。（四）用转基因动物作为器官转移供体谁来救救他们？我们来了！转基因小猪！（四）用转基因动物作器官移植的供体利用基因工程对猪的器官进行改造方法：将器官供体基因组导入

，以抑制

表达或设法除去

，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某种调节因子抗原决定基因抗原决定基因二、动物基因工程外源基因类型及举例成果举例动物基因工程成果提高生长速度的转基因动物外源生长激素基因转基因绵羊、转基因鲤鱼改善畜产品的转基因动物肠乳糖酶基因乳汁中含乳糖较少的转基因牛生产药物的转基因动物药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子转基因动物具有乳腺生物反应器做器官移植供体的转基因动物外源抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因无免疫排斥的转基因猪利用转基因工程菌生产药物药用蛋白基因与细菌重组通过细菌繁殖得于表达用于生产药品人工合成胰岛素，干扰素充满创意的转基因食品葡萄爱上苹果柠檬香味的西红柿抗衰老西红柿补钙胡萝卜只有想不到，没有做不到

转基因食品

安全吗?!继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是___________。（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入_______中，原因是：具有全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达（3）通常采用_______________技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的___________________细胞中特异表达。显微注射法受精卵DNA分子杂交膀胱上皮细胞专题１基因工程如果想让某一个生物的性状在另外一个生物的身上表达，常用的方法有哪些？（1）在种内可以用什么方法？

杂交育种

（2）在种间可以用什么方法？基因工程育种

一、蛋白质工程崛起的缘由基因工程的实质：

将一种生物的

转移到另一种生物体内，后者产生它本不能产的

，进而表现出

。基因蛋白质新的性状

基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。

这些蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。

基因工程的局限性：例1：干扰素是由动物体内的效应T细胞产生的一种糖蛋白，几乎能抵抗所有病毒引起的感染。同时，在治疗癌症方面也有十分可观的疗效。但是，干扰素在体外保存相当困难。

如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在-70oC的条件下，可以保存半年。玉米中赖氨酸的含量比较低。例2：赖氨酸的合成机理：天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶前体物质赖氨酸负反馈调节天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。

目前科学家尝试通过对蛋白质结构的改造，来延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等，取得了一定的进展。例3：延长干扰素的体外保存时间提高玉米中赖氨酸的含量提高工业生产中蛋白质类酶的稳定性这些在科学研究和工业生产中亟待解决的难题均无法通过基因工程来完成。于是新一轮的探索拉开了序幕，人们开始着眼于对现有蛋白质的改造，以及制造目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。就这样，蛋白质工程应运而生，并迅速崛起。二、蛋白质工程的基本原理1、基因工程的基本原理中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图：结论：蛋白质的功能是由蛋白质的_____决定的，蛋白质的结构是由_____________决定的。结构DNA（基因）3、蛋白质工程流程从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）总结：蛋白质工程的概念

蛋白质工程是指以蛋白质分子的________及其与_______的关系作为基础，通过_________或________，对现有蛋白质进行____，或制造一种___________

，以满足生产和生活的需求。结构规律生物功能基因修饰基因合成改造新的蛋白质异想天开

能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？理论上是可行的，但目前还没有真正成功的例子。三、蛋白质工程的进展和前景1、蛋白质工程的进展：（1）对胰岛素的改造

天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。（2）对水蛭素的改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽链的正确取向，从而提高抗凝血效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。（3）对生长激素的改造生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第18和第21位His（组氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大量的工作要做。（4）应用于微电子方面生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面。用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点，因此有极为广阔的发展前景。2、蛋白质工程的现状

蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其