高中生物 第二册 第6章 遗传住处的传递和表达 6.3 基因工程与转基因生物课件1 沪科版.ppt

dna和染色体 多个基因 1个基因 成百上千个脱氧核苷酸 1个dna 1个染色体 基因 携带遗传信息具有遗传效应的dna片段 第3节基因工程与转基因生物 1 基因工程 把供体细胞中的基因或基因组提取出来 按照预先设计的蓝图 经过体外加工重组 或者把人工合成的基因转移到受体细胞并获得新的遗传特性的技术 由于被转移的基因必须与载体dna重组后才能实现转移 所以基因工程也叫做重组dna技术 基因工程 基因工程 又叫基因拼接技术或dna重组技术 即通过对dna分子进行人工 剪切 和 拼接 在生物体外对生物的基因进行改造和重新组合 然后导入受体细胞内进行无性繁殖 使重组基因在受体细胞内表达 产生出人类所需要的基因产物 甲生物 乙生物 新类型 基因敲除技术 转基因技术 生物 新类型 基因操作的工具 化学剪刀 化学浆糊 针线 运载体 分子运输车 基因的大小以纳米计算 要对它进行剪切 拼接等操作 没有非常精细的工具是不行的 进行基因操作最少需要以下三种工具 基因操作的工具 基因操作的工具 重播 dna被限制酶切断后有两个反向互补的 黏性末端 被同一种限制切断的几个dna具有相同的黏性末端 能够通过互补进行配对 基因的针线 dna连接酶 连接酶的作用是 将互补配对的两个黏性末端连接起来 使之成为一个完整的dna分子 重播 基因的针线 dna连接酶 连接酶的作用是 将互补配对的两个黏性末端连接起来 使之成为一个完整的dna分子 3 基因的运输工具 运载体 要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达 首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去 能将外源基因送入细胞的工具就是运载体 运载体必须同时满足三个要求 能与目的基因结合 能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达 比较容易得到 科学家发现大肠杆菌 枯草杆菌等的质粒能同时满足以上三个要求 质粒存在于细菌染色体外的小型环状双链dna分子 黏性末端 基因的针线 dna连接酶把两条dna末端之间的缝隙 缝合 起来 回文序列 基因的运输工具 运载体将一个外源基因 送入受体细胞 还需要有运输工具 这就是运载体 a 能够在宿主细胞中复制并稳定地保存b 具有多个限制酶切点 以便与外源基因连接c 具有某些标记基因 便于进行筛选 经常使用的运载体有质粒 噬菌体和动植物病毒 运载体必须具备以下条件 重组dna实验常用的两组质粒运载体 科恩1973年 美 斯坦福大学的教授 从大肠杆菌里取出了两种不同的质粒 它们各自具有一个抗药的基因 科恩把两种质粒上不同的抗药基因 裁剪 下来 再把这两种基因 拼接 在同一个质粒中 当这种杂合质粒进入大肠杆菌体后 这些大肠杆菌就能抵抗两种药物 而且这种大肠杆菌的后代都具备双重抗菌性 拉开了基因工程时代的大幕 科恩本人也以dna重组技术发明人的身份向美国专利局申报了世界上第一个基因工程的技术专利 2 基因工程的基本过程 生物体外 基因 dna分子水平 剪切 拼接 导入 表达 人类需要的基因产物 定向改造生物遗传特性 实质 基因重组 基因工程的特点 基因操作的工具 1 基因的剪刀 限制性内切酶 2 基因的针线 dna连接酶 3 基因的运输工具 运载体 目前被较广泛提取使用的目的基因有 苏云金杆菌抗虫基因 人胰岛素基因 人干扰素基因 种子贮藏蛋白基因 植物抗病基因等 基因操作的基本步骤 提取目的基因 将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来 提取目的基因的方法 直接分离基因 鸟枪法 将供体生物的dna用限制酶切割为许多片段 再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去 只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达 基因工程就算成功了 该法最大的缺点是带有很大的盲目性 工作量大 成功率低 且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去 人工合成基因法 dna合成仪 有两种方法 逆转录法 以信使rna为模板 在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成dna 基因 直接合成法 根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使rna核苷酸顺序 再据此推算出基因dna的脱氧核苷酸顺序 用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因 2 目的基因与运载体结合 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 在连拉酶的作用下连接形成重组dna分子 3 将目的基因导入受体细胞并使之扩增 要让目的基因表达 必须将它导入受体细胞并进行扩增 为获得目的基因的表达产物时 通常以大肠杆菌等无害易得的细菌为受体 为改进某种生物时 将欲改进的生物细胞为受体 为使重组的dna分子更容易进入受体细胞 通常还要用一些物质对受体细胞进行处理 使受体细胞具有更大的通透性 4 目的基因的检测和表达 前三步的处理十分繁锁 为保证目的基因得到有效利用 通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因 这样 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 细菌的检测 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 多细胞生物的检测 将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体 检测这些个体是否摄入目的基因 摄入的基因是否表达 是否表现出相应的性状 淘汰无变化的个体 保留有相应变化的个体进一步培养 研究 例 用棉铃饲喂棉铃虫 如虫吃后不出现中毒症状 说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达 如虫吃后中毒死亡 则说明摄入了抗虫基因并得到表达 基因操作的基本步骤 提取目的基因目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与表达 提取目的基因 人需要的特定基因 优点 操作简便 缺点 工作量大 具有盲目性 优点 专一性强 可以人工合成自然界不存在的新基因 目的基因与运载体结合 将不同来源的dna进行重新组合的过程 将目的基因导入受体细胞 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径 目的基因的检测和表达 通过一定的手段对受体细胞是否导入目的基因进行检测 常用营养缺陷型细菌或具某种抗性特征进行检测 分别取出质粒和dna 用同一种限制酶切断dna 用连接酶连接目的基因 将重组dna分子导入受体细胞 细胞增殖并产生目的基因的产物 3 转基因技术的应用 基因工程的成果与发展前景 1 基因工程与医药卫生 用于基因诊断和基因治疗 基因诊断 用放射性同位素 荧光分子标记的dna分子做探针 利用dna分子杂交原理 鉴定被检测标本上的遗传信息 检测疾病 肝炎 肠道病毒 单纯疱疹病毒 工程菌 基因工程与农牧业 食品工业 农业应用 3 基因工程与环境保护 培育体形巨大品质优良的动物 超级小鼠 超级绵羊 超级鱼 利用特定的外源基因在哺乳动物体内表达 获得人们需要的物质 激素 抗体 酶 食品工业 开辟新是食品来源 鸡蛋白基因导入大肠杆菌和酵母菌中 畜牧养殖业 病毒侵染或显微注射技术 用于环境监测 dna探针检测水中病毒的含量 用于净化环境污染 超级细菌 吞噬 汞和降解土壤中ddt的细菌 净化镉污染的植物 假单孢杆菌 分解石油中的某种成分 烃 同时能分解四种烃类 微生物基因工程 微生物基因工程的应用 重组微生物工程菌与人类药物生产 基因工程产品约有2 3用于人类疾病治疗和预防性用药 它给制药工业带来了革命性的变化 据估计 人用蛋白药物的全球市场 每年可达200亿美元 而且还在持续增长 在这种巨大利益驱使下 世界各大制药公司相继投入巨资用于这些重组蛋白药物的研究开发 一 重组人胰岛素生产 胰岛素是由人和动物的胰脏 胰岛细胞合成的蛋白质 是治疗胰岛素依赖型糖尿病的特效药物 1982年 美国elylili公司使用重组大肠杆菌生产人胰岛素 这是第一个上市的基因工程药物 重组人生长激素生产 重组人干扰素生产 人生长激素 hgh 又叫做促生长素 具有调节生长与发育的功能 对多种人类疾病诸如垂体性侏儒症 特纳氏综合症 组织坏死等 都具有良好的治疗效果 hgh的来源是从死人的脑垂体中提取 这种制备方法不仅材料来源困难 无法大量生产 而且存在安全性问题 1985年 这种由e coli生产的rhgh已成为得到美国政府许可生产和使用的第二种基因工程药物 干扰素是最早发现的细胞因子 早在1957年英国医生发现流感病毒处理的细胞产生一种因子 可抵抗病毒感染 干扰病毒的复制 因而命名为干扰素 interferon ifn 植物基因工程 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 不会引起过敏的转基因大豆 遭受虫害的普通玉米抗虫的bt转基因玉米 导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠 超级动物 特殊动物 动物基因工程 世界上第一只转基因动物 能产药的奶牛 转基因羊 转基因鱼 上面 通过研究 基因敲除 的耗子将帮助研究人类的癌症 糖尿病和高血压等慢性疾病与遗传的关系 转基因羊具有生长快 毛质 肉质好 疾病少及耐粗饲料等优点 在猴子的未受精卵中加入附加基因 并利用它成功培育出健康活泼的小猴 安迪 通过对 安迪 的研究我们可以简单地引进如老年性痴呆病的基因 帕金森病基因等 加快针对这类疾病疫苗的开发研究 含有人胰岛素基因的奶牛 动物乳房生物反应器 人工提取的目的基因导入哺乳动物的基因组中 从而改造该动物的遗传性状 以生产人类需要的物质 克隆胰岛素基因 3 转基因生物产品的安全性 转基因生物及食品的安全1993年提出实质等同性原则 就是说看这个转基因生物是不是安全 要看它与传统的非转基因产品的区别及比较 如果食品的成分大体上跟传统的食品基本相同 就认为是安全的 但是很多专家对这个原则发生质疑 认为不仅仅要对主要的营养成分来评估 而且需要对所有的常量的和微量的营养元素 抗营养元素 植物内毒素 次级代谢物以及致敏原等基本浓度都要进行分析之后 才能够说是安全还是不安全 实质等同原则还是值得怀疑的 关于转基因食品安全 支持转基因生物与转基因食品的观点有 美国是转基因技术发展最快的国家 也是转基因作物最早投入商用的国家 目前市场上超过70 的加工食品含有转基因成分 美国又是转基因食品生产和输出大户 有关专家分析 转基因产品约占美国农业和食品出口的35 出口价值达100多亿美元 如果再将用转基因产品喂养的牲畜也计算在内的话 其出口价值至少会翻一番 他们从其自身利益出发 主张只要科学上无法证明它有害 就不应该限制 还提出自从转基因食品推向市场以来 只出现过两例严格意义上的损害人们健康的情况 而且这两例情况都不是因为转基因食品本身含有毒素 而是由于消费者的过敏体质引起的 二 基因工程 阅读以下材料 据材料回答问题 蜘蛛丝的强度为钢丝的五倍 比绝大部分合成纤维更轻更牢 弹性更强 因此它可广泛用于制造防弹背心 人造肌腱 医用缝线等 已知蜘蛛丝主要成分是蛋白质 科学家们已确定并分离到了决定丝蛋白合成的基因 他们设计了图15所示的操作途径 希望利用基因工程改造出能生产蜘蛛丝蛋白的细菌 33 完成图15中 过程需要的工具酶是 34 构成图15中a b的基本结构单位是 a 氨基酸b 脱氧核糖核苷酸c 核糖核苷酸d 单糖 限制酶 限制性核酸内切酶 b 35 图中c在基因工程中被称为 36 通过图15所示途径获得产蜘蛛丝细菌的方法 与通过人工诱变培育高产丝蜘蛛的方法相比 最主要的差别是 重组dna分子 重组质粒 基因工程 前者 能定向培育新性状的生物 而人工诱变 后者 不定向 1996年7月 英国罗斯林研究所的科学家将成熟母羊乳腺细胞的细胞核移植到另一头母羊的去核卵细胞中 然后在体外培养成胚胎 再将胚胎移植到代孕母羊的子宫内 培育出了 多利 第一次成功地克隆了哺乳动物 此后 人们设想利用克隆技术繁殖大熊猫 白鳍豚等濒危动物 利用克隆技术为病人培育 配件 替换病变的器官等 37 多利 的诞生证明 已经高度分化的体细胞核具有性 全能 38 如果用一个动物体内的不同细胞通过克隆技术繁殖获得许多个后代 由它们组成一个种群 此种群的生物多样性程度 低 很低 利用现代生物技术可对生物进行改造 例如 从某细菌中获取抗虫基因 并与质粒运载体拼接成重组dna 导入棉花的愈伤组织细胞内 经培养 筛选和培育获得抗虫棉品种 将人胰岛素基因与质粒逗载体才并接成重组dna 再导入某种细菌细胞内 大量培养该种细菌 以生产医用的人胰岛素 取某种植物花粉 必如织培养形成完整桂林 再用秋水仙素处理 使之染色体加倍 将大鼠的生长激素卢与质粒运载体拼接成重组dna 注射入小鼠的受精卵内 体外培养该受精卵使之发育到一定的胚胎阶段后 移植入代孕小鼠体内 产生 超级小鼠 取转基因抗凉番茄叶片经组织培养 产生再生植林 达到快速繁殖抗冻番茄的目的 根据上述材料回答问题 从某细菌中获取抗虫基因 并与质粒运载体拼接成重组dna 导入棉花的愈伤组织细胞内 经培养 筛选和培育获得抗虫棉品种 将人胰岛素基因与质粒逗载体才并接成重组dna 再导入某种细菌细胞内 大量培养该种细菌 以生产医用的人胰岛素 取某种植物花粉 必如织培养形成完整桂林 再用秋水仙素处理 使之染色体加倍 将大鼠的生长激素卢与质粒运载体拼接成重组dna 注射入小鼠的受精卵内 体外培养该受精卵使之发育到一定的胚胎阶段后 移植入代孕小鼠体内 产生 超级小鼠 取转基因抗凉番茄叶片经组织培养 产生再生植林 达到快速繁殖抗冻番茄的目的 50 上述例子中 用到基因工程技术的有 序号 目的基因除了人工合成外 还可通过 方法获取 拼接重组dna的步骤中 都要用到限制性内切酶和 酶 从生物体细胞中分离 dna连接 取某种植物花粉 必如织培养形成完整桂林 再用秋水仙素处理 使之染色体加倍 将大鼠的生长激素卢与质粒运载体拼接成重组dna 注射入小鼠的受精卵内 体外培养该受精卵使之发育到一定的胚胎阶段后 移植入代孕小鼠体内 产生 超级小鼠 取转基因抗凉番茄叶片经组织培养 产生再生植林 达到快速繁殖抗冻番茄的目的 51 与杂交的方法相比用例 中方法得到纯合子所需时间 较短 较长 相同 用例 中所用方法大量去殖抗冻番茄时 抗冻基因 更容易 不容易 一样容易 丢失 较短 不容易 从某细菌中获取抗虫基因 并与质粒运载体拼接成重组dna 导入棉花的愈伤组织细胞内 经培养 筛选和培育获得抗虫棉品种 将人胰岛素基因与质粒逗载体才并接成重组dna 再导入某种细菌细胞内 大量培养该种细菌 以生产医用的人胰岛素 取某种植物花粉 必如织培养形成完整桂林 再用秋水仙素处理 使之染色体加倍 将大鼠的生长激素卢与质粒运载体拼接成重组dna 注射入小鼠的受精卵内 体外培养该受精卵使之发育到一定的胚胎阶段后 移植入代孕小鼠体内 产生 超级小鼠 取转基因抗凉番茄叶片经组织培养 产生再生植林 达到快速繁殖抗冻番茄的目的 52 上述例子中 需要用到植物组织培养技术的有 填序号 植物组织培养技术的基本原理是植物活细胞具有 全能性 39 我国政府不反对关于人的治疗性克隆 但是禁止生殖性克隆人 制定这一政策的主要理由是 a 有利于我国人口政策的贯彻执行b 克隆技术不成熟 应用在人类风险大c 可能引发一系列社会伦理 道德和法律问题d 克隆技术的应用必然是弊大于利 五 现代生物技术与应用 7分 图21是利用两种不同生物技术将小鼠培育成大鼠的过程 48 技术i中a细胞的名称是 技术ii中b细胞的名称是 49 技术ii中 完成过程 需要的酶是 c分子称为 卵细胞 受精卵 dna连