基因工程及其应用

能发荧光的热带斑马鱼,普通热带斑马鱼是不发荧光的,转基因鲑鱼,同时具有高产、稳产和抗逆性等优良品质的农作物新品种.,抗虫害的玉米,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,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,1.基因的“剪刀”限制性核酸内切酶（限制酶）,二、基因操作的工具,基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶,限制酶,基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶,限制酶,基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶,限制酶,基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶,限制酶,基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶,限制酶,基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶,基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶,基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶,特点:一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,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:,二、基因操作的工具,、基因的针线DNA连接酶,、基因的针线DNA连接酶,、基因的针线DNA连接酶,、基因的针线DNA连接酶,、基因的针线DNA连接酶,、基因的针线DNA连接酶,DNA连接酶,、基因的针线DNA连接酶,DNA连接酶,、基因的针线DNA连接酶,重组DNA分子,思考：如何将重组DNA分子送入受体细胞呢？,、基因的针线DNA连接酶,基因的运载体(常用)：质粒、噬菌体和动植物病毒,思考：如何利用质粒将重组DNA分子运载入受体细胞中呢？,3、基因的运输工具运载体,3、基因的运输工具运载体,作用：将外源基因导入受体细胞,种类：质粒（最常用的运载体，是染色体外能够自我复制的很小的环状DNA。）噬菌体动植物病毒,能够在宿主细胞中复制并稳定的保存。,具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接。,具有标记基因便于筛选。,基因工程的操作步骤：,从细菌中取出质粒,从细胞中取出DNA,用同种限制酶切断两个DNA,具有相同的黏性末端,提取目的基因（如人的胰岛素基因）,用连接酶将目的基因与质粒连接（形成重组DNA分子）,目的基因与运载体结合,将目的基因导入受体细胞（如大肠杆菌）,利用质粒中具有某些特性的基因进行检测并判断目的基因是否表达,将目的基因导入受体细胞,目的基因的表达和检测,连接,制备外源DNA,EcoRI酶切,EcoRI酶切,导入受体细胞,细胞分裂、筛选,4、筛选含目的基因的受体细胞,重组质粒成功导入受体细胞的概率仅为10-7，因此，要筛选出已获得目的基因的细胞。,三、基因工程的操作过程,1、获取目的基因,2、目的基因与运载体重组,3、重组DNA分子导入受体细胞,要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是()限制酶连接酶解旋酶还原酶2.基因工程的正确操作步骤是（）使目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞检测目的基因的表达是否符合特定性状要求提取目的基因,积极思维:,？,思维拓展:,细菌和人是差异非常大的两种生物,为什么通过基因重组后,细菌能够合成人体的某些蛋白质呢?,这可不是普通的细菌，它是嫁接了人胰岛素基因的工程菌，能大量合成人胰岛素。,水母,1、微生物基因工程,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。,3、转基因技术的应用,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%!,2、植物基因工程,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。,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,预防乙肝不用打针，只要吃几个西红柿就行。这可不是玩笑，中国农科院生物技术研究中心经过十年研究，培育出的抗乙肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试，明年有望上市。抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样酸中带甜，不但可以直接食用，还可以榨成汁或炒菜吃，对人体没有任何毒副作用。据该项目负责人刘德虎研究员介绍，食用抗乙肝西红柿，虽不能治愈乙肝，但一年只吃几个，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经多代繁殖，使转入的基因稳定化。这种西红柿上市后将论个出售，每个售价大概在元左右,吃西红柿能防乙肝?,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),3、动物基因工程,实验表明转基因鼠学习躲避轻度电击的能力比普通鼠要强。,受到转基因巨型小鼠获得成功的鼓舞,科学家又在培育生长迅速、营养品质优良的转基因家畜、家禽方面,不断取得辉煌成就.同时,科学家还把转基因动物变成生物反应器,4、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。,基因工程的成果与发展前景,基因工程与医药卫生,基因工程与农业及食品工业,基因工程与环境保护,转基因生物的安全性,基因一旦被改动，一方面可能引起生物体内一系列未知的结构与功能的变化；另一方面，转基因操作对生物体的影响会通过遗传传递。,一、转基因技术的安全性问题,外源基因引入后，是否会影响其他重要的调节基因，甚至会激活原癌基因？转基因技术广泛应用是否会导致难以消灭的新病原物出现？是否会造成生态学灾难？人类摄食大量转基因食品是否会影响人类及其后代的健康？,二、对转基因生物安全性的争论,(1)在转基因生物中,有时候会出现一些人们意想不到的后果的原因:a.对基因的结构,基因间的相互作用及基因的调空机制都了解的相当有限;b.转移的基因虽然是功能一致的基因,但不少是异种生物的基因;c.外源基因插入宿主基因组的部分往往是随机的.,(2)转基因生物与食物安全a.转基因食物引起食物安全性问题的理由:安全性检测问题、滞后效应、担心出现新的过敏原、担心营养成分的改变;b.不必担心转基因食物安全性的理由:多环节、严谨的安全性评价,可以保证转基因食物的安全;科学家的负责态度可以防止新过敏原的产生;至今尚未发现食用转基因食品而影响人体健康的事例;没能足够的证据证明转基因食物有问题;,(3)转基因生物与生物安全a.引起生物安全的理由:可能会扩散到种植区以外,成为野生种类,可能成为”入侵的外来干涉物种”,威胁生态系统中其他生物的生存可能重组出对人类或其他生物有害的细菌或病毒,有可能使杂草成为除草剂除不掉的”超级杂草”;b.不引起生物安全的理由:扩散到种植区以外就很快死亡要表现出新性状,必须具有一定的水肥等条件,以及配套的种植技术.由于生殖隔离的存在,使他们很难与其他植物杂交,花粉传播的距离有限、存活时间有限;,(4)转基因生物与环境安全a.引起环境安全的理由:打破自然物种的原有界限,改变了生态系统中能量流动和物质循环,重组微生物可能对人类的生活环境造成二次污染,重组DNA与微生物杂交,可能产生有害的病原微生物;转基因植物花粉中的有毒物质可通过蜜蜂进入蜜蜂,再经过食物链传递;b.不引起环境安全的理由:转基因不会改变生物原有的分类地位,不会破坏生态系统的稳定性;转基因抗虫作物的种植,减少了农药的使用量;抗除草剂农作物的种植,减轻了农田管理的负担,保护了农田的土壤环境;,三、理性看待转基因技术,a.趋利避害,而不能因殪废食b.建立相应的法规,如1993年制定的和2002年颁布的,思考：,1、为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上？2、推测这种“嫁接”怎样能实现？,二、基因操作的工具,1.基因的“剪刀”限制性核酸内切酶（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,GAATTCCGTAGAATTCGGATT,尝试写出下列序列受Ec