高中生物 1.3 基因工程的应用课件 新人教版选修3.pptVIP

目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,三,四,一、植物基因工程硕果累累植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力、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(1)方法:将从某些生物中分离出的具有杀虫活性的基因导入作物中,使其具有抗虫性。(2)用于杀虫的目的基因:主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。(3)意义:减少化学农药的使用,降低生产成本,减轻对环境的污染。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,2.抗病转基因植物(1)引起植物生病的微生物称为病原微生物,主要有病毒、真菌和细菌等。(2)目的基因:病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因、几丁质酶基因和抗毒素合成基因。(3)意义:能够获得常规育种无法获得的抗病毒的新品种。3.抗逆转基因植物,目标导航,预习导引,一,二,三,四,4.利用转基因技术改良植物的品质,目标导航,预习导引,一,二,三,四,抗虫基因为什么不能抗病毒、细菌和真菌?提示因为每种基因都有特定的结构和功能,具有专一性。抗虫基因只能抗虫。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,二、动物基因工程前景广阔1.动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。2.用于提高动物生长速度:将外源生长激素基因导入动物体内成功的表达,可以提高动物的生长速率。3.用于改善畜产品的品质:科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,获得的转基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低,而其他营养成分不受影响。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,4.用转基因动物生产药物:科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,通过显微注射等方法,导入哺乳动物的受精卵中,然后,将受精卵送入母体内,使其生长发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后,可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品,因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。5.用转基因动物作器官移植的供体:器官移植最大的难题是免疫排斥。科学家正试图将器官供体基因组导入某种调节因子,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去抗原决定基因,再结合克隆技术,培育出没有免疫排斥反应的转基因器官。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,构建乳腺生物反应器的关键环节是什么?基因表达载体构建成功后导入的受精卵将来发育成的个体是雄性的,还是雌性的?提示将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起构成基因表达载体。能分泌乳汁的是雌性动物,所以构建的基因表达载体要导入的受精卵将来发育成的个体应是雌性动物。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,三、基因工程药物异军突起1.工程菌:用基因工程的方法,使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系一般称为工程菌。2.利用工程菌生产的药物包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。3.干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白。由于干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染,因此它是一种抗病毒的特效药。生产基因工程药物为什么要构建“工程菌”?提示工程菌能使外源基因高效表达,基因产物产量高。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,四、基因治疗曙光初照1.基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种。2.无论哪一种基因治疗,目前都处于初期的临床试验阶段。(1)患者通过基因治疗后,其后代还会患遗传病吗?为什么?提示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切除或修复,与正常基因同时存在,其可通过生殖细胞传递给后代,所以后代很可能还会患遗传病。(2)基因治疗现在应用于临床治疗了吗?提示基因治疗的很多技术还不成熟,目前只是处于临床试验阶段。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一、乳腺(房)生物反应器1.原理:应用重组DNA技术和转基因技术,将目的基因转移到尚未分化的动物胚胎细胞(或受精卵)中,经胚胎移植,得到能在乳腺中表达目的基因的个体,其乳腺组织可分泌生产“目的产品”,如具有药用价值的蛋白,这些蛋白进入乳汁中,再通过回收含转基因蛋白的动物乳汁,就可以提取有重要药用价值的生物活性蛋白。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,2.操作过程,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,3.主要用途:生产多肽类药物、工程疫苗、抗体、营养品。目前,科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要医药产品。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,【例1】继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后,膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答下列问题。(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。(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。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析在基因工程中,若受体细胞是动物细胞,常采用显微注射的方法导入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮细胞合成人的生长激素,在进行基因转移时,受体细胞通常是受精卵,原因是受精卵体积大,便于操作且全能性高,可使外源基因在相应组织细胞中得到表达。检测目的基因是否插入受体细胞的基因组,通常采用的是DNA分子杂交技术。答案(1)显微注射法(2)受精卵受精卵体积大,便于操作且全能性高,可使外源基因在相应组织细胞中表达(3)DNA分子杂交(4)膀胱上皮,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,科学家已能运用基因工程技术,让羊的乳腺细胞合成并分泌抗体。下列相关叙述中错误的是()A.该技术将导致定向变异B.DNA连接酶把目的基因与载体的黏性末端的碱基对连接起来C.蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供信息资料D.受精卵是理想的受体,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析在基因工程操作程序中,所用的DNA连接酶连接的不是目的基因与载体的黏性末端的碱基对,而是目的基因与载体DNA两条链的骨架,即脱氧核糖与磷酸的连接,也就是说,DNA连接酶只能催化断开的双链DNA片段重新形成磷酸二酯键。由蛋白质中的氨基酸序列可推知相应的mRNA中的核苷酸序列,进而可推测相应基因中的脱氧核苷酸序列,从而可以用化学合成方法人工合成目的基因。受精卵体积较大,操作较容易,也能保障发育成个体的所有细胞(乳腺细胞)都含有外源基因。答案B,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,1.利用微生物生产药物的优越性(1)利用活细胞作为表达系统,表达效率高,无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量需要的药品。(2)可以解决传统制药中原料来源不足的问题。(3)降低生产成本,减少工作人员。2.利用乳腺生物反应器生产药物用乳腺生物反应器生产药物的优点是产量高、质量好、成本低、易提取,但从乳腺生物反应器中提取蛋白质,受体细胞所在个体必须是雌性,若从尿液中提取目的基因的产物则不受此限制。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,二、基因治疗1.过程,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,2.方式,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,【例2】据报道,在某基因治疗中心接受基因治疗的三名遗传性失明患者都重新获得了一定的视力,并且没有严重的副作用。基因治疗是指()A.把正常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检测、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,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析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,和正常基因同时存在,基因治疗也不是切除病变基因或诱发其突变,因而B、C、D三项的说法都不符合基因治疗的概念。答案A,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,基因治疗是人类疾病治疗的一种崭新手段,下列有关叙述错误的是()A.基因治疗是治疗人类遗传病的最有效的手段B.基因治疗是一种利用基因工程产品治疗人类疾病的方法C.使正常基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的D.基因治疗的靶细胞可以是体细胞和生殖细胞解析基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的,是生物医学新技术。答案B,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,基因诊断与基因治疗的比较,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,1.哪种性别的个体可作为乳腺生物反应器不是所有动物个体都可以作为乳腺生物反应器。其实乳腺生物反应器操作成功的应该是雌性个体,并且个体本身的繁殖速度较高,另外动物的泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。,(1)图中构建完成的基因表达载体导入绵羊受精卵所用的方法是。(2)图中的A过程包括早期胚胎培养和胚胎移植技术,进行胚胎移植之前必须对胚胎进行DNA分析鉴定,以获得能够符合生产要求的个体。(3)为了鉴定目的基因是否成功表达,必须进行抗原抗体杂交,目的蛋白相当于。,【例1】利用基因工程技术可以使哺乳动物本身变成“批量生产药物的工厂”。如图表示科学家将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,并通过一系列技术手段制备生物乳腺反应器的流程。请回答相关问题。,解析(1)在目的基因导入受体细胞的过程中,一般采用显微注射法将目的基因导入动物的受体细胞中。(2)分析图解可知,图中的A过程表示将重组细胞培养成成体羊,该过程中首先要利用早期胚胎培养技术将受精卵培养为早期胚胎,然后再利用胚胎移植技术将早期胚胎移植到受体母羊的子宫中。由于只有雌性个体能够产生乳汁,因此进行胚胎移植之前必须对胚胎进行DNA分析鉴定性别,以获得能够符合生产要求的个体。(3)为了鉴定目的基因是否成功表达,必须进行抗原抗体杂交,目的蛋白相当于抗原。答案(1)显微注射技术(2)性别(3)抗原,2.有关Bt毒蛋白的两点提醒(1)本身不具有毒性:Bt毒蛋白基因控制合成的毒蛋白本身没有毒性,只有被害虫摄食消化分解为多肽后才具有毒性。(2)发挥抗虫作用的机理:Bt毒蛋白水解成的多肽与害虫的肠上皮细胞的特异性受体结合,导致其细胞膜穿孔,细胞肿胀裂解而使害虫死亡。,【例2】研究发现,转基因抗虫植物能杀死昆虫的原理是该基因控制合成的蛋白质被昆虫食用后,在消化道中被蛋白酶水解产生具有毒性的活性肽,与昆虫肠道细胞上的受体结合,使细胞渗透压失衡,最终导致昆虫死亡。图1表示从苏云金芽孢杆菌中获取Bt抗虫基因以培养抗虫玉米的部分过程。其中表示操作流程,a、b表示分子,ce表示培养过程(其中d过程表示细菌与玉米细胞混合培养)。,图1,图2,(1)在图1中流程获取Bt抗虫基因需使用酶,将其与切割后的质粒重组需使用酶;在流程中,细菌经培养不断分裂产生更多的子代细菌,该步骤的主要目的是;流程需要运用技术,经过过程最终形成植株,其依据的主要原理是。(2)目前多个国家已批准种植转Bt基因抗虫玉米供人食用,请结合题意分析其可行的原因是。(3)已知Bt基因能够成功整合到玉米染色体上,某玉米植株体细胞中Bt基因在染色体上的整合情况如图2所示(黑点表示Bt基因的整合位点),该植株进行自交,子一代中具有抗虫特性的植株所占比例为。,解析(1)限制酶能识别与切割特定的碱基序列,从而获取Bt抗虫基因,DNA连接酶的作用是将两DNA片段的磷酸与脱氧核糖连接在一起,流程主要目的为扩增目的基因;流程需要运用植物组织培养技术,经过脱分化和再分化过程最终形成植株,其依据的主要原理是植物细胞的全能性。(2)该毒蛋白水解后的有毒性的活性肽,必须与特异性受体结合才能起作用,人体肠道细胞没有该受体,所以可供人食用。(3)植株进行自交,子一代中具有抗虫特性的植株所占比例为1-1/82=63/64。答案(1)限制DNA连接扩增目的基因植物组织培养脱分化和再分化植物细胞的全能性(2)该毒蛋白水解后的有毒性的活性肽,必须与特异性受体结合才能起作用,人体肠道细胞没有该受体(3)63/64,3.基因治疗中的相关正常基因误以为基因治疗中正常基因改变病变基因的表达。其实在基因治疗的过程中,正常基因、病变基因都可以表达,由于正常基因的表达掩盖了病变基因的表达,使病人表现正常,最终达到治疗疾病的目的。,【例3】科学家们对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患严重复合型免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗,其方法是首先将患者的淋巴细胞取出做体外培养,然后用反转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因转入人工培养的淋巴细胞中,再将这些转基因淋巴细胞回输到患者体内,经过多次治疗,患者的免疫功能趋于正常。(1)基因治疗是把健康的导入有的细胞中,以达到治疗疾病的目的。(2)在基因治疗过程中,反转录病毒的作用相当于