1.3基因工程的应用

1.目的基因的获取,2.基因表达载体的构建,3.将目的基因导入受体细胞,基因工程的操作步骤：,4.目的基因的检测与鉴定,1.3基因工程的应用,基因工程的应用,1.植物基因工程2.动物基因工程3.基因工程药物的生产4.基因治疗法,基因工程的应用,受体细胞,分类依据：,基因工程自20世纪70年代兴起后，在短短30年间，得到了飞速的发展，目前已成为生物科学的核心技术。基因工程在实际应用领域农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面也展示出美好的前景。,一.植物基因工程,植物基因工程的应用领域:(1)提高农作物的_（抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱、抗盐碱）(2)改良_(3)利用植物_等。,抗逆能力,农作物的品质,生产药物,1.抗虫转基因植物,（1）对农业害虫的防治，大多数是依靠化学农药。弊端：污染环境、损害人体健康、增加生产成本。（2）抗虫转基因植物培育：从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中，使作物具有抗虫性。（3）目的基因：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（4）抗虫转基因植物培育成功的意义：减少化学农药的使用减少环境污染降低对人体健康的危害降低生产成本,图1：苏云金芽孢杆菌,【Bt毒蛋白基因的作用原理】P18,Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的抗虫基因。当害虫食用含有转基因的植物时，Bt基因编码的蛋白质会进入害虫的肠道，在消化酶的作用下，蛋白质能够降解成相对分子质量较小的、有毒的多肽。多肽结合在肠上皮细胞的特异性受体上，会导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解，最后造成害虫死亡。,考考你：Bt毒蛋白对哺乳动物有无毒害作用？,特异性受体,成果：,抗烟草花叶病毒的转基因烟草抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。,2.抗病转基因植物,目的基因,病毒外壳蛋白基因（CP基因）病毒的复制酶基因,抗病毒基因：,几丁质酶基因抗毒素合成基因,抗真菌基因：,(1)病原微生物：指引起植物生病的微生物；如：病毒、真菌和细菌等,常规育种为什么很难培育出抗病毒的品种？,(2)目的基因选取：,答：a、基因突变。不定向改变生物性状b、基因工程。定向改变生物性状。,判断：抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会出现变异？,思考：能产生基因育种的方法主要有哪几种？,3.抗逆转基因植物,（1）环境条件对农作物的生产有很大的影响，造成低产、减产的常见因素有：。（2）盐碱和干旱对农作物的危害与有关（3）抗逆目的基因抗盐碱和干旱作物：。耐寒的番茄：。抗除草剂的大豆：。,盐碱、干旱、低温、涝害等,细胞内的渗透压调节,调节细胞渗透压的基因,鱼的抗冻蛋白基因,抗除草剂基因,成果,利用调节细胞渗透压的基因，提高作物抗旱和抗盐碱能力。,将鱼的抗冻蛋白基因转入番茄，提高番茄的抗冻能力。,将抗除草剂基因导入农作物中，在喷洒除草剂时杀死杂草而不杀死农作物。,应用1：使食品的营养成分均衡,通过转基因提高植物中氨基酸的含量：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物改变这种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。应用2：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.应用3：丰富花品颜色，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。,4.利用转基因改良农作物品质,运用基因工程，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。根据以上信息，下列叙述正确的是（）A.Bt基因的化学成分是蛋白质B.Bt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具有Bt基因D.转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物,C,练一练,二.动物基因工程前景广阔,1.用于提高动物生长速度2.用于改善畜产品的品质3.用转基因动物生产药物（乳腺/乳房生物反应器）4.用转基因动物做器官移植的供体,动物基因工程,1.用于提高动物生长速度,目的基因：.,外源生长激素基因,2.用于改善畜产品的品质,实例：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使转基因奶牛中乳糖含量大大降低。,目的基因：.,肠乳糖酶基因,【优点】避免食物过敏、腹泻、恶心等不适。,将与等调控组件重组在一起，通过方法，导入哺乳动物的中，将其送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品。,药用蛋白基因,乳腺蛋白基因的启动子,显微注射,受精卵,3.用转基因动物生产药物,（1）乳腺（乳房）生物反应器：,IMN,乳腺生物反应器过程：,获取目的基因（血清蛋白基因）,构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）,显微注射导入哺乳动物受精卵中,形成胚胎,将胚胎送入母体动物,发育成转基因动物（只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达）,注意：最理想的表达场所是雌性转基因动物的乳腺。,为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,动物乳腺是一种专门化的腺体，合成蛋白质的能力惊人，尤其是一些经过长期改良的动物品牌，蛋白质的合成能力更强，而且乳腺是一个外分泌腺器官，乳汁不进入体内循环，不影响转基因动物自身的生理代谢反应。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，具有稳定的活性。从乳汁中源源不断获取目的基因产物的同时，转基因动物可以繁殖。,（2）优点：。,产量高质量好成本低易提取,【易错点拨】1.利用乳腺生物反应器的动物性别是。2.利用乳腺生物反应器生产药物时受体细胞是，原因是。3.目的基因可在乳腺细胞中表达，其他组织细胞中含有该目的基因吗？。理由是：。4.要使目的基因在乳腺组织中特异性表达，在构建基因表达载体时要在目的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子是什么：。5若是膀胱生物反应器，为何更容易得到目的基因的产物，原因是。,雌性,含有,因为它们都是由同一个受精卵分裂、分化而来的,乳腺蛋白基因的启动子,受精卵,受精卵具有全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达,不受性别和发育时期的限制,4.用转基因动物做器官移植的供体,（1）供体动物：。（2）存在难题：存在反应。（3）解决办法：将供体基因组导入某种基因调节因子，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克隆猪器官。,猪,免疫排斥,人体器官移植短缺是一个世界性的难题。人们不得不把目光移向寻求可替代的移植器官，由于猪的内脏结构、大小、血管分布与人极为相似，而且猪体内隐藏的可导致人类疾病的病毒要远远少于灵长类动物。,1切取某动物合成生长激素的基因，用某种方法将此基因转移到鲇鱼的受精卵中，从而鲇鱼比同类个体大34倍，此项研究遵循的原理是()A基因突变，DNARNA蛋白质B基因工程，DNARNA蛋白质C细胞工程，DNARNA蛋白质D基因重组，DNARNA蛋白质,D,练一练,三.基因工程药物,1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？。2.传统生产方法的缺点:。3.解决办法：利用基因工程方法制造转基因的，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。4.工程菌：用方法，使外源基因得到表达的菌类细胞株系（21页)。,从生物的组织、细胞或血液中提取,产量低，价格昂贵,【资料】：胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。,工程菌,基因工程,高效,5.基因工程药品及其作用,干扰素(IFN)是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白，几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种病毒的特效药。此外对治疗癌症和白血病也有一定的疗效。,基因工程药品干扰素,传统的干扰素生产方法是从人的血液中的白细胞中提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。,抗生素(antibiotics)是由微生物(包括细菌、真菌、放线菌属)或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。主要用于治疗各种细菌感染或致病微生物感染类疾病，一般情况下对其宿主不会产生严重的副作用。,基因工程药品抗生素(antibiotics),【易错点拨】,（1）疫苗在免疫学上属于；如：利用基因工程技术产生乙肝疫苗实际上是将乙肝病毒的基因导入受体细胞中并表达（2）干扰素的化学本质是，其为抗病毒药物；抗生素为抗细菌药物。（3）如将含胰岛素基因的表达载体成功导入到大肠杆菌中，产生的胰岛素没有生物活性，原因是。,抗原,表面抗原,蛋白质,大肠杆菌没有内质网和高尔基体，无法对胰岛素进行加工,1工程菌”是指()A用物理或化学方法诱发菌类自身某些基因得到高效表达的菌类细胞株系B用遗传工程的方法,使同种不同株系的菌类杂交,得到的新细胞株系C用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系D从自然界中选取能迅速增殖的菌类,C,练一练,四.基因治疗,【案例】：有一名4岁女童，由于腺苷酸脱氨酶（ADA）基因的缺失，造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶（ADA）；而腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能作用所必需的，因此，女童不能抵抗病原微生物的威胁，只能生活在无菌的隔离帐里。,直接原因：.根本原因：.方法：。,缺乏腺苷酸脱氨酶（ADA）,腺苷酸脱氨酶（ADA）基因缺失,将ADA基因转入患者的淋巴细胞,1.基因治疗概念：,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，是治疗遗传病的最有效的手段。,载体治疗基因,受体细胞（离体）,重组受体细胞,患者体内,导入,形成,体外培养后导入,直接导入,体外基因治疗,体内基因治疗,2.基因治疗类型：,判断依据：基因转移过程是在体内还是体外完成的，或者说受体细胞是离体的还是非离体的。3.基因治疗的发展现状：处于初期的阶段4.用于基因治疗的基因种类：。,体内基因治疗,体外基因治疗,临床试验,正常基因、反义基因和自杀基因,【易错点拨】,（1）基因治疗（能/不能）用于治疗21三体综合征患者（2）基因治疗一般用于治疗（显/隐）性病（3）基因治疗时细胞中的缺陷基因（有/没有）被修复（4）基因治疗只是把正常的外源基因导入患者特定的组织细胞中，而不是所有细胞中,不能,隐,没有,1基因治疗是指（）A用DNA探针修复缺陷基因B用DNA探针检测疾病C将健康基因导入有基因缺陷的细胞中D将健康基因导入受体细胞,C,练一练,五.基因芯片,1.定义：又称DNA芯片、寡核苷酸芯片、DNA微阵列，是根据的原理，将大量DNA片段（基因探针）固定于支持物上，然后与带有标记的基因样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。2.用途：；。,DNA分子杂交,基因测序,寻找有用的目的基因,对基因的序列进行比较分析,1科学家运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，相关叙述中正确的是()该技术将导致定向变异DNA连接酶把目的基因与运载体黏性末端的碱基对连接起来蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料受精卵是理想的受体ABCD,B,课后练习,2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，可以抵抗所有病毒B抗病毒转基因植物，对病毒的抗性具有局限性或特异性C抗病毒转基因植物可以抗害虫D抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异3上海医学院遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白的转基因牛,那么”转基因动物”是指()A提供基因的动物B基因组中导入了外源基因的动物C能产生白蛋白的动物D能表达基因遗传信息的动物,B,B,4下列高科技成果中,根据基因重组原理进行的是()我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻我国科学家将苏云金芽孢杆菌的某些基因移植到棉花体内,培育出抗虫棉我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒ABCD,B,5利用外源基因在受体细胞中表达,可生产人类所需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是()A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNAC山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列D从酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白,D,6从1997年开始,我国自行生产乙肝疫苗等基因工程药物,方法是()A在受体细胞内大量增殖乙肝病毒B在液体培养基中大量增殖乙肝病毒C将乙肝病毒的全部基因导入受体细胞中并表达D将乙肝病毒的表面抗原基因导入受体细胞中并表达,D,7下列各项不属于基因工程在实际中的应用的是()A转基因抗虫棉的培育成功B利用DNA探针检测饮用水中有无病毒C培育工程菌使之能产生胰岛素D将C4植物细胞内的叶绿体移入C3植物细胞内,D,8有关基因工程的成果及应用的说法正确的是()A用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒B基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物C基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物D目前，在发达国家，基因治疗已用于临床实践,C,9、下列不属于基因工程方法生产的药品是（）A干扰素B白细胞介素2C青霉素D乙肝疫苗10利用基因工程技术将生长激素基因导入绵羊体内，转基因绵羊生长速率比一般的绵羊提高30，体型大50，在基因操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用()A乳腺细胞B体细胞C受精卵D精巢,C,C,11、基因治疗是人类疾病治疗的一种崭新手段，下列有关叙述中不正确的是（）A基因治疗可使人类遗传病得到根治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以正常基因功能替换致病基因属于基因治疗的一种方法D基因治疗的靶细胞可以是体细胞和生殖细胞,B,12、干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血液中提取，每升人血中只能提取0.5g，所以价格昂贵。美国加利福尼亚的某生物制品公司用如下方法生产干扰素。如下图所示：从上述方式中可以看出该公司生产干扰素运用的方法是()A个体间的杂交B基因工程C细胞融合D器官移植,B,13、生产上培育无子番茄、青霉素高产菌株、杂交培育矮秆抗锈病小麦、抗虫棉的培育原理依次是()生长素促进果实发育染色体变异基因重组基因突变基因工程ABCD14、1976年人类首次获得转基因生物，即将人的生长激素抑制因子的基因转入大肠杆菌并获得表达，这里的表达是指该基因在大肠杆菌内()A能进行DNA复制B能进行转录和翻译C能合成生长激素抑制因子D能合成人的生长激素,D,C,15、下列关于基因工程的叙述，错误的是A.目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物B.限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D.载体上的抗性基因有利于筛选含目的基因的细胞核，促进目的基因的表达,D,16、菊花的紫花和白花性状是由一对等位基因控制的，紫色（R）对白色（r）显性。现已克隆到控制紫色的基因，如果你打算利用上述材料开展研究，那么下表选项中，合理的是（）,AB,17.逆转录病毒的RNA能逆转录生成DNA，并进一步整合到宿主细胞的某条染色体中，用逆转录病毒作为运载体可用于基因治疗和培育转基因动物等。(1)病毒在无生命培养基上不能生长，必须依靠活细胞提供等物质基础才能繁殖。逆转录病毒较T2噬菌体更容易变异，从分子水平上的原因是。(2)基因治疗时，将目的基因与逆转录病毒运载体结合的“针线”是。将带有目的基因的受体细胞转入患者体内，患者症状会有明显缓解这表明。,酶、ATP、代谢原料、核糖体,RNA分子是单链，不如双链DNA稳定,DNA连接酶,目的基因随受体细胞DNA复制而复制，并在子细胞中表达,18金花茶是中国特有的观赏品种,但易得枯萎病,降低观赏价值。科学家在某种