第一节基因工程与其应用

1、 通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种 生物的个别生物的个别基因基因复制出来，加以修饰改造，然复制出来，加以修饰改造，然 后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物 的遗传性状（目的）。的遗传性状（目的）。 1 1、概念、概念: :是指按照人们的愿望，进行严格的设计，是指按照人们的愿望，进行严格的设计， 并通过体外并通过体外DNADNA重组和转基因等技术，赋予生物新重组和转基因等技术，赋予生物新 的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生 物类型和生物产品。物类型和生物产品。

2、 2 2、 与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育 种的优点有哪些？种的优点有哪些？ 目的性强目的性强( (定向改造生物的遗传性状定向改造生物的遗传性状) ) 克服远源杂交不亲和性克服远源杂交不亲和性, ,实现动物、植物实现动物、植物 和微生物之间的基因交流。和微生物之间的基因交流。 育种周期短育种周期短 2 2、基因工程原理、基因工程原理 不同生物间的基因重组不同生物间的基因重组 3 3、基因工程育种的特点、基因工程育种的特点 l1.1.将双链将双链DNADNA片段的末端连接，形成磷酸二酯键。片段的末端连接，形成磷酸二酯键。 l2.2.种类：种类： 第一

3、节基因工程与其应用 . .运载体必需满足的条件运载体必需满足的条件 l能够在宿主细胞中自我复制能够在宿主细胞中自我复制, 或整合到受体细胞的染色或整合到受体细胞的染色 体体DNA上随染色体上随染色体DNA的复制而复制的复制而复制,并稳定地保存。并稳定地保存。 l有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以 插入载体上去。这些供目的基因插入的限制酶切点所处插入载体上去。这些供目的基因插入的限制酶切点所处 的位置还必须是运载体本身需要的基因片段之外，这样，的位置还必须是运载体本身需要的基因片段之外，这样， 才不致于因目的基因的插入而失活；而每种酶的切

4、点最才不致于因目的基因的插入而失活；而每种酶的切点最 好只有一个，以便与外源基因连接。好只有一个，以便与外源基因连接。 l有标记基因，便于重组后进行重组子的筛选，或检测有标记基因，便于重组后进行重组子的筛选，或检测 基因表达载体导入受体细胞是否成功。（鉴定和选择）基因表达载体导入受体细胞是否成功。（鉴定和选择） l必须是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入受必须是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入受 体细胞以外的其他生物细胞中去体细胞以外的其他生物细胞中去 l运载体大小应适合，以便于提取和体外操作运载体大小应适合，以便于提取和体外操作 第一节基因工程与其应用 一、目的基因的获取 l（一）

5、目的基因概念: l（二）获取目的基因的方法 1.1.从基因文库中获得目的基因从基因文库中获得目的基因 供体细胞的DNA中直接分离基因 “鸟枪法”“散弹法” 2.2.人工合成基因人工合成基因: : 基因很小,核苷酸序列已知 反转录法反转录法 化学合成法：根据已知的氨基酸序列合成化学合成法：根据已知的氨基酸序列合成DNADNA 3.3.利用利用PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因 第一节基因工程与其应用 一、目的基因的获取 l（二）获取目的基因的方法 1.1.从基因文库中获得目的基因从基因文库中获得目的基因 基因文库的概念 种类：基因组文库 cDNA文库 从基因文库中获得目的基因的方法 已

6、知：基因的核苷酸序列；基因功能；基因在染 色体上的位置； 基因转录的产物；基因翻译的产物蛋白质等 第一节基因工程与其应用 鸟枪法 选用适当的限制酶处理某一生物的选用适当的限制酶处理某一生物的DNA 切成若干个一定范围大小DNA片段 这些DNA片段分别与载体结合 导入受体菌的群体中储存 把带有目的基因的DNA片段分离出来 在各个受体细胞中大量复制 找出含有目的基因的细胞 n优点 n操作简便 n缺点 n工作量大，有 一定的盲目性 第一节基因工程与其应用 cDNA cDNA文库的建立方法：反转录法文库的建立方法：反转录法 l在某种生物发育的某个时期，即细胞中的核糖在某种生物发育的某个时期，即细胞中的

7、核糖 体合成多肽的旺盛时期体合成多肽的旺盛时期 l分离出分离出mRNA 反转录酶 DNA单链 双链DNA片段 n优点 n专一性强 n缺点 n操作麻烦 nmRNA不稳定、 生存时间短 与载体连接后储存在一个受体菌群中与载体连接后储存在一个受体菌群中 第一节基因工程与其应用 一、目的基因的获取一、目的基因的获取 l（二）获取目的基因的方法（二）获取目的基因的方法 1.从基因文库中获得目的基因从基因文库中获得目的基因 2.人工合成基因人工合成基因: 已知核苷酸序列，且基因很小已知核苷酸序列，且基因很小 反转录法反转录法 根据已知的氨基酸序列合成根据已知的氨基酸序列合成DNA l3.利用利用PCR技术

8、扩增目的基因技术扩增目的基因 第一节基因工程与其应用 根据已知氨基酸序列合成根据已知氨基酸序列合成DNADNA 分析基因的核苷酸序列分析基因的核苷酸序列 合成含少量核苷酸的片段 利用碱基互补形成双链片段 连接酶将双链片段连接起来 得到完整基因 nDNA合成仪 n优点 n专一性强 n人工合成自然界 不存在的新基因 n局限性 n合成核苷酸相对 少的简单基因 第一节基因工程与其应用 一、目的基因的获取一、目的基因的获取 l（二）获取目的基因的方法（二）获取目的基因的方法 1.从基因文库中获得目的基因从基因文库中获得目的基因 2.人工合成基因人工合成基因: 3.利用利用PCR技术扩增目的基因技术扩增目

9、的基因 PCR技术技术:一项在生物体外复制特定一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技片段的核酸合成技 术。术。 条件条件:已知核苷酸序列已知核苷酸序列,合成引物合成引物;热稳定热稳定DNA聚合酶聚合酶 过程过程: 目的基因目的基因DNA受热变性，解链为单链；受热变性，解链为单链； 引物与单链相应互补序列结合；引物与单链相应互补序列结合； 在在DNA聚合酶的作用下进行延伸，进行复制；聚合酶的作用下进行延伸，进行复制； 如此重复循环多次如此重复循环多次 方式：以指数形式扩增，在方式：以指数形式扩增，在PCR扩增仪中自动完成扩增仪中自动完成 第一节基因工程与其应用 二、基因表达载体的构建二、基

10、因表达载体的构建 DNA连接酶 碱基互补配对 重组DNA分子 如：重组质粒 质粒基因的黏性末端质粒基因的黏性末端 与目的基因与目的基因DNA片片 段的黏性末端段的黏性末端 n（一）基因表达载体的要求： n1.使目的基因在受体细胞稳定存在,并且可 以遗传给后代；(在受体细胞内对目的基 因进行大量的复制,即克隆） n2.使目的基因能够表达和发挥作用 n（二）基因表达载体的组成： n（三）构建基因表达载体的过程： 第一节基因工程与其应用 基因工程基因工程 A A G T T C C T TA A G A G T T C C T T A A A G EcoR 限制性内切酶限制性内切酶 质粒 第一节基因

11、工程与其应用 基因工程基因工程 G A A T T CG A A T T C C T T A A GC T T A A G A A T T CG GC T T A A EcoR 限制性内切酶限制性内切酶 目的基因 第一节基因工程与其应用 基因工程基因工程 A G T T C C T T A A G A T A A T G C G C A A T T 重组重组 DNA 分子分子 第一节基因工程与其应用 三、将目的基因导入受体细胞三、将目的基因导入受体细胞 l受体细胞受体细胞 大肠杆菌大肠杆菌 枯草杆菌枯草杆菌 土壤农杆菌土壤农杆菌 酵母菌酵母菌 动植物细胞动植物细胞 细菌用冰冷CaCl2处理 高

12、温 重组质粒进入受体细胞 随受体细胞的繁殖而复制 获得大量目的基因 增大细胞壁的通透性 ( (四四) ) 目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达 大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细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。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。达产物的进一步培养、研究。

13、 无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物 有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物 大肠杆菌质粒含青霉素抗性基因 受体细胞必须表现出特定的性状受体细胞必须表现出特定的性状 1 1、基因工程与农牧业、食品工业、基因工程与农牧业、食品工业 生长快、肉质好的转基生长快、肉质好的转基 因鱼因鱼( (中国中国) ) 乳汁中含有人生长激素乳汁中含有人生长激素 的转基因牛的转基因牛( (阿根廷阿根廷) ) 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转鱼抗寒基转鱼抗寒基 因的番茄因的番茄 第一节基因工程与其应用 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转鱼抗寒基转鱼抗寒基 因的番茄因的番茄

14、 转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯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不会引起过敏的转基因大豆 第一节基因工程与其应用 导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠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导入人基因具特殊用途的猪和小鼠 超级超级 动物动物 特殊特殊 动物动物 2 2、基因工程与医药卫生、基因工程与医药卫生 我国生产的部分基因我国生产的部分基因 工程疫苗和药物工程疫苗和药物 基因工程药品的生产基因工程药品的生产 许多药品的生产许多药品的生产 是从生物组织中提取是从生物组织中提取 的。受材料来源限制的。受材料来源限制 产量有限，其价格往产量有限，其价格往 往

15、十分昂贵。往十分昂贵。 微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化微生物生长迅速，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。题，还能大大降低生产成本。 胰岛素从猪、牛等动物的胰胰岛素从猪、牛等动物的胰 腺中提取，腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取 4-5g4-5g的胰岛素，其产量之低和价的胰岛素，其产量之低和价 格之高可想而知。格之高可想而知。 将合成的胰岛将合成的胰岛 素基因

16、导入大肠杆素基因导入大肠杆 菌，每菌，每2000L2000L培养液培养液 就能产生就能产生100g100g胰岛胰岛 素！使其价格降低素！使其价格降低 了了30%-50%!30%-50%! 从人血中提取干扰素，从人血中提取干扰素， 300L300L血才提取血才提取1mg1mg！ 通过基因工程通过基因工程 的方式创造了能合的方式创造了能合 成人干扰素的大肠成人干扰素的大肠 杆菌，每杆菌，每1Kg1Kg的培养的培养 液可提取液可提取202040mg40mg 干扰素干扰素 人造血液及其生产人造血液及其生产 基因诊断与基因治疗基因诊断与基因治疗 运用基因工程设计制造的运用基因工程设计制造的“DNADNA

17、探探 针针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺 陷，不但准确而且迅速。陷，不但准确而且迅速。 通过基因工程给患有遗传病的人通过基因工程给患有遗传病的人 体内导入正常基因可体内导入正常基因可“一次性一次性”解除解除 病人的疾苦。病人的疾苦。 第一节基因工程与其应用 基因工程的成果与发展前景基因工程的成果与发展前景 1 1、基因工程与医药卫生、基因工程与医药卫生 （1 1）生产基因工程药品）生产基因工程药品 （2 2）用于基因诊断与基因治疗）用于基因诊断与基因治疗 基因治疗基因治疗: 把正常基因导入病人体内把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥使该基因的表达产物发

18、挥 功能功能,从而达到治疗疾病的目的从而达到治疗疾病的目的,这是治疗遗传病的最这是治疗遗传病的最 有效的手段有效的手段. 第一节基因工程与其应用 基因诊断基因诊断 标记的标记的“DNADNA探针探针”单链和被诊断的单链和被诊断的 DNADNA单链混合在一起，观察是否出现杂交带。单链混合在一起，观察是否出现杂交带。 1 1、基因诊断的工具、基因诊断的工具标记的标记的DNADNA探针探针 2 2、基因诊断的原理、基因诊断的原理DNADNA分子杂交原理分子杂交原理 3 3、基因诊断的过程、基因诊断的过程 第一节基因工程与其应用 基因治疗基因治疗 治疗遗传病的最有效手段治疗遗传病的最有效手段 1990

19、 1990年年9 9月，美国对一名患有严重腺苷酸脱氨月，美国对一名患有严重腺苷酸脱氨 酶基因的女童进行了基因治疗。研究人员将腺苷酶基因的女童进行了基因治疗。研究人员将腺苷 酸脱氨酶基因转入到取自患者的淋巴细胞中，使酸脱氨酶基因转入到取自患者的淋巴细胞中，使 淋巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶，然后，再将这淋巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶，然后，再将这 种淋巴细胞转入到患者体内。半年后，在血液中种淋巴细胞转入到患者体内。半年后，在血液中 检测出了被改造的淋巴细胞，女童体内产生的腺检测出了被改造的淋巴细胞，女童体内产生的腺 苷酸脱氨酶也越来越多，免疫能力显著改善。苷酸脱氨酶也越来越多，免疫能力显著改善。 基

20、因治疗目前都处于初期的临床试验阶段。基因治疗目前都处于初期的临床试验阶段。 3 3、基因工程与环境保护、基因工程与环境保护 环境监测：环境监测： 基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地探针能够十分灵敏地 检测环境中的病毒、细菌等污染。检测环境中的病毒、细菌等污染。 1t1t水中只有水中只有1010个病毒也能被个病毒也能被DNADNA探针检测出来探针检测出来 利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分能十分 灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污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染而大量死亡，甚至还可以吸收

21、和转化污染物。 环境污染治理：环境污染治理： 基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分能吞食和分 解多种污染环境的物质。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 工程培育成功的工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃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，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解 DDTDDT等毒害物质。等毒害物质。 转基因生物和转基因食品的优、缺点转基因生物和转基因食品的优、缺点 一、优点一、优点 （1 1）解决粮食短缺问题）解决粮食短

22、缺问题 （2 2）减少农药使用，从而减少环境污染）减少农药使用，从而减少环境污染 （3 3）节省生产成本，降低粮食售价；）节省生产成本，降低粮食售价； （4 4）增加食物营养，提高附加价值）增加食物营养，提高附加价值 （5 5）增加食物种类，提升食物品质）增加食物种类，提升食物品质 （6 6）促进生产效率，带动相关产业的发展）促进生产效率，带动相关产业的发展 转基因生物和转基因食品的优、缺点转基因生物和转基因食品的优、缺点 二、缺点二、缺点 （1 1）可能产生新毒素和新的过敏原）可能产生新毒素和新的过敏原 （2 2）可能产生抗除草剂的杂草）可能产生抗除草剂的杂草 （3 3）可能使疾病的散播跨越

23、物种障碍）可能使疾病的散播跨越物种障碍 （4 4）可能会损害生物的多样性）可能会损害生物的多样性 （5 5）可能干扰生态系统的稳定性）可能干扰生态系统的稳定性 第一节基因工程与其应用 基因工程的成果与发展前景基因工程的成果与发展前景 1 1、基因工程与医药卫生、基因工程与医药卫生 （1 1）生产基因工程药品）生产基因工程药品 （2 2）用于基因诊断与基因治疗）用于基因诊断与基因治疗 2 2、基因工程与农牧业、食品工业、基因工程与农牧业、食品工业 3 3、基因工程与环境保护、基因工程与环境保护 第一节基因工程与其应用 基因工程与环境保护基因工程与环境保护 环境监测：环境监测： 基因工程做成的基因

24、工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地检探针能够十分灵敏地检 测环境中的病毒、细菌等污染。测环境中的病毒、细菌等污染。 环境污染治理：环境污染治理： 基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分能吞食和分 解多种污染环境的物质。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 工程培育成功的工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃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，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解 DDTDDT等毒害物质。等毒害物质。 第一节基因工程与

25、其应用 第一节基因工程与其应用 第一节基因工程与其应用 第一节基因工程与其应用 例（例（20032003天津高考卷）采用基因工程的方法培育抗天津高考卷）采用基因工程的方法培育抗 虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是 将毒素蛋白注射到棉花的受精卵中将毒素蛋白注射到棉花的受精卵中 将编码毒素蛋白的将编码毒素蛋白的DNADNA序列，注射到棉花受精卵中序列，注射到棉花受精卵中 将编码毒素蛋白的将编码毒素蛋白的DNADNA序列，与质粒重组，导入细序列，与质粒重组，导入细 菌，用该细菌感染棉花的体细胞，再进行组织培养菌，用该细菌感染棉花的体细胞，再进行组织培养 将编码毒

26、素蛋白的将编码毒素蛋白的DNADNA序列，与细菌质粒重组，注射序列，与细菌质粒重组，注射 到棉的子房并进入受精卵到棉的子房并进入受精卵 A A B B C C D D C C 第一节基因工程与其应用 例：基因工程技术中，获取的真核生物的目的例：基因工程技术中，获取的真核生物的目的 基因主要来源于基因主要来源于 A A自然界现存生物体内的基因自然界现存生物体内的基因 B B自然突变产生的新基因自然突变产生的新基因 C C人工诱变产生的新基因人工诱变产生的新基因 D D科学家在实验室中人工合成的基因科学家在实验室中人工合成的基因 D D 第一节基因工程与其应用 1 1下列关于基因工程应用的叙述，正

27、确的是下列关于基因工程应用的叙述，正确的是 A.A.基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因 B.B.基因诊断的基本原理是基因诊断的基本原理是DNADNA分子杂交分子杂交 C.C.一种基因探针能检测水体中的各种病毒一种基因探针能检测水体中的各种病毒 D.D.原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良 2 2在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得 该基因的最佳方法是该基因的最佳方法是 A. A. 用用mRNAmRNA为模板逆转录合成为模板逆转录合成DNA DNA B B以以4 4种脱氧核苷

28、酸为原料人工合成种脱氧核苷酸为原料人工合成 C C将供体将供体DNADNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选片段转入受体细胞中，再进一步筛选 D D由蛋白质的氨基酸序列推测由蛋白质的氨基酸序列推测mRNAmRNA 高考再现（06） B B 第一节基因工程与其应用 3 3我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆 菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗 虫棉。下列叙述不正确的是虫棉。下列叙述不正确的是 A. A. 基因非编码区对于抗虫基因在棉花细胞中的表达基因非编码区对于抗虫基因在棉花细胞中的表达 不可

29、缺少不可缺少 B. B. 重组重组DNADNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋 白的毒性丧失白的毒性丧失 C. C. 抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物，抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物， 从而造成基因污染从而造成基因污染 D. D. 转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对 抗生素抗性来确定的抗生素抗性来确定的 高考再现（06） D 第一节基因工程与其应用 4 4用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。 下列叙述不正确的是下列叙述不正确的是 A A 常

30、用相同的限制性内切酶处理的基因和质粒常用相同的限制性内切酶处理的基因和质粒 B DNAB DNA连接酶和连接酶和RNARNA聚合酶是构建重组质粒必需的聚合酶是构建重组质粒必需的 工具酶工具酶 C C 可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导 入了重组质粒入了重组质粒 D D 导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达 高考再现（06） B 第一节基因工程与其应用 5 5采用基因工程将人凝血因子基因导入山羊受精卵，采用基因工程将人凝血因子基因导入山羊受精卵， 培育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转培育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转 基因羊的乳汁中。以