基因工程及应用.pptx

基因工程及其应用 T T T T A G C C G G A A 什么是基因工程 基因工程的原理是什么 本课聚焦 豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮 资料一 目前 全球的氮肥生产耗费世界总电力的3 4 且农作物只能吸收氮肥的1 10 造成了大面积土壤和水质的污染 资料分析引入 蜘蛛能够吐出蛛丝 资料二 蛛丝是自然界最奇特的物质之一 它具有极强的韧度 其韧度是同样直径钢材的好几倍 但与家蚕不同 蜘蛛不能家养 因为它们会互相吞食 所以不可能建立人工饲养蜘蛛的农场 30多年来 科学家们一直试图找到利用其他生物体来制造蛛丝的办法 资料三以往 治疗糖尿病的胰岛素是从动物胰腺中提取的 从100千克猪 牛等动物的胰腺只能提取3 4克胰岛素 治疗一个患者需宰杀40 50头牛 这种药物的造价就可想而知了 微生物可以有分泌产物 且微生物繁殖速率快 设想一 能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮 能否让细菌 吐出 蛛丝 设想二 能否让微生物产生出人的胰岛素 干扰素等珍贵的药物 设想三 经过多年的努力 科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术 基因工程 基因工程 又叫做基因拼接技术或DNA重组技术 通俗的说 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细胞里 定向地改造生物的遗传性状 原理 操作水平 结果 一 基因工程的定义 目的基因 基因重组 DNA分子水平 定向地改造生物的遗传性状 获得人类所需要的品种 获得新性状 培育转基因大肠杆菌的简要过程 你认为上述培育转基因大肠杆菌的关键步骤有哪些 普通大肠杆菌 不能分泌胰岛素 人体组织细胞含有胰岛素基因 大肠杆菌 含胰岛素基因 实例展示 培育转基因大肠杆菌的关键步骤 二 基因操作的工具 1 基因的 剪刀 限制性内切酶 限制酶 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 并在特定的切点上切割DNA分子 专一性 如 EcoRI限制酶 限制性内切酶 EcoR 作用过程 被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端 思考 2 分子针线 DNA连接酶 DNAlinking enzyme DNA连接酶连接的是两个脱氧核苷酸 deoxyribonucleotide 分子的什么部位 基因操作 geneengineering 的工具 磷酸二酯键 DNA连接酶的作用过程 基因的针线 DNA连接酶 DNA连接酶连接的是DNA骨架上的缺口 不是碱基间的氢键 下列是由限制酶切割形成的DNA片段 能用相应DNA连接酶将它们恢复连接的组合是 CTGCA G G CTTAA G ACGTC AATTC G A B C D 以上都不对 A DNA连接酶的作用是 A 子链和母链之间形成氢键B 黏性末端之间形成氢键C 两个DNA末端间的缝隙连接D A B C都对 C 目的基因 如人的胰岛素基因 怎样才能导入受体细胞 如大肠杆菌细胞 3 基因的运输工具 运载体 carrying 常用的运载体 carrying 有两类 1 细菌细胞质的质粒 plasmid 2 噬菌体 bacteriophages 或某些动植物病毒 virus 基因操作 geneengineering 的工具 运载体 常用的运载体 质粒 噬菌体和动植物病毒等 标记基因 便于进行检测 质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中 是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子 大肠杆菌的质粒 plasmid 运载体 carrying 应该具有什么特点呢 运载体 carrying 1能够在宿主细胞内复制并稳定保存 具有多个限制酶切点以便与外源基因相连 具有标记基因 便于进行筛选 用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口 将目的基因插入切口处 让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后 在DNA连接酶的作用下连接形成重组DNA分子 三 基因工程基本步骤 1 获取目的基因 2 目的基因与运载体结合 3 将目的基因导入受体细胞 常用的受体细胞 菌类和动植物细胞 4 目的基因的表达和检测 4 目的基因的表达和检测 大量的受体细胞接受不多的目的基因 处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少 必须将它从中检测出来 将每个受体细胞单独培养形成菌落 检测菌落中是否有目的基因的表达产物 淘汰无表达产物的菌落 保留有表达产物的进一步培养 研究 基因工程 geneengineering 的 四步曲 提取目的基因 1 目的基因与运载体结合 2 将目的基因导入受体细胞 3 目的基因的检测和表达 4 如何让大肠杆菌生产人胰岛素 从细胞中分离出DNA 限制酶截取DNA片断 分离大肠杆菌中的质粒 DNA重组 用重组质粒转化大肠杆菌 培养大肠杆菌克隆大量基因 基因工程的操作工具 1 基因的剪刀 限制性内切酶 2 基因的针线 连接酶 3 基因的运输工具 运载体 基因工程的操作步骤 1 目的基因的提取 2 目的基因与运载体结合 3 目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与表达 基因工程 geneengineering 的原理 小结 四 基因工程的应用 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 获得高产 稳产和具有优良品质的农作物和具有抗逆性的作物新品种 一 基因工程与作物育种1 在农作物生产方面 目的 培育出高产 稳产 抗逆性的优良作物及新品种 优点 降低生产成本 减少农药的使用对环境的危害 提高农作物对不良环境的适应能力 一 基因工程与作物育种2 在畜牧养殖方面科学家利用基因工程的方法培育出了转基因奶牛 超级绵羊等多种转基因动物 生长快 肉质好的转基因鱼 中国 乳汁中含有人生长激素的转基因牛 阿根廷 2 基因工程与药物研制 我国生产的部分基因工程疫苗和药物 许多药品的生产是从生物组织中提取的 受材料来源限制产量有限 其价格往往十分昂贵 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 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 3 环境保护基因工程做成的 超级细菌 能吞食和分解多种污染环境的物质 通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类 用基因工程培育成功的 超级细菌 却能分解石油中的多种烃类化合物 有的还能吞食转化汞 镉等重金属 分解DDT等毒害物质 利用基因工程培育的 指示生物 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亡 甚至还可以吸收和转化污染物 环境检测 用DNA探针检测水中病毒的含量 4 其他 基因诊断 如用基因探针检测肝类病毒 诊断遗传病基因治疗 把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中 达到治疗疾病的目的 五 转基因生物和转基因食品的安全性 阅读P105资料分析 讨论 你认为应该如何对待转基因生物和转基因食品的安全性问题 能发光的水母 请您欣赏 能否能否让热带鱼也能发光 设想 不能发光的热带斑马鱼 请您欣赏 超级小鼠与超级鱼 你知道什么是真正的硕果累累吗 香蕉鱼 你见过吗 1998年 英国一位生物学家在电视节目中宣布 老鼠食用了转基因马铃薯后 肾 脾和消化道都出现了损伤 体重和器官重量减轻 免疫系统遭到破坏 五 转基因生物和食品的安全 转基因食品 安全吗 转基因生物与食物安全 反对实质性等同 担心滞后效应 担心出现新的过敏原 担心营养成分改变 把动物蛋白转入农作物是否侵犯了素食者的权益 实质性等同是转基因农作物安全性评价的起点而非终点 多环节 严谨的安全性评价 可以保证转基因食物的安全 科学家审慎的态度 没有转基因食物影响人体健康的实例 举证排除法 转基因生物与环境安全 会破坏生态系统的稳定性 重组的微生物在降解某些化合物时所产生的中间产物 可能造成二次污染 重组DNA与微生物杂交可能产生对人类有害的病原微生物 转基因植物的花粉中含有的毒蛋白通过食物链有可能进入动物或人体 转入的是自然界已有的基因 不会破坏生态系统的稳定性 可以减少农药用量 抗除草剂农作物使农田管理更容易 新闻报道不实 公众的过分担忧 练习题 例题1 请写出下面各项培育方法 1 通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是 2 用60Co辐射谷氨酸棒状杆菌 选育出合成谷氨酸的新菌种 所用方法是 3 用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是 4 将青椒的种子搭载人造卫星 在太空中飞行数周后返回地面 获得了果大 肉厚和维生素含量高的青椒新品种 这种育种原理本质上属于 5 用抗倒伏 不抗锈病和不抗倒伏 抗锈病的两个小麦品种 培育出抗倒伏 抗锈病的品种 所用方法是 6 用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄 水稻种子 获