基因工程应用培训课件

基因工程的应用专题１基因工程第一页，共五十一页。学习目标1、举例说出植物基因工程的成果2、举例说出动物基因工程的成果3、举例说出基因工程药品4、概括出基因治疗的原理及过程5、说出基因芯片的概念第二页，共五十一页。一、植物基因工程硕果累累哪些转基因作物已进入大规模商业化应用阶段?转基因大豆、玉米、棉花和油菜第三页，共五十一页。(一)抗虫转基因植物优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量例子：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等主要杀虫基因：

Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等典型例子：转基因抗虫棉——Bt毒蛋白基因第四页，共五十一页。（二）抗病转基因植物抗病基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因.抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因.第五页，共五十一页。（三）其他抗逆转基因植物第六页，共五十一页。（三）其他抗逆转基因植物1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？盐碱、干旱、低温和涝害等2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？细胞内的渗透压调节3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？调节细胞渗透压的基因第七页，共五十一页。4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？鱼的抗冻蛋白基因第八页，共五十一页。转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯特点：导入另一种生物的优良性状基因，获得新性状抵抗恶劣环境因素，从根本上改变作物的特性第九页，共五十一页。（四）利用转基因改良植物的品质不会引起过敏的转基因大豆优点：改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质第十页，共五十一页。转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花青素代谢有关的基因第十一页，共五十一页。转基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果实成熟的基因第十二页，共五十一页。

玫瑰花没有产生蓝色色素的基因,无法生长蓝色花瓣。虽然玫瑰有5000多年的人工栽培历史,迄今已培育出2500多个品种,但始终没有蓝玫瑰的身影。

日本三得利公司耗资30亿日元培育成蓝玫瑰。他们从蓝三叶草中提取蓝色素基因,将蓝花基因植入玫瑰花,培植出蓝玫瑰。这株玫瑰的花瓣中所含的色素为蓝色,纯度接近100%。

第十三页，共五十一页。植物基因工程技术主要用于哪些方面?

提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面.我国的转基因抗虫植物有哪些优点?优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量第十四页，共五十一页。总结：基因工程在农业上的应用（1）高产、稳产和具优良品质的品种用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。如“向日葵豆”植株。（2）抗逆性品种将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。第十五页，共五十一页。二、动物基因工程前景广阔特点：发展较迟，应用方面广1、提高生长速度2、改善畜产品的品质3、生产药物4、作为器官移植的供体应用前景：第十六页，共五十一页。（一）用于提高动物生长速度原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快转基因鲤鱼第十七页，共五十一页。（二）用于改善畜产品的品质优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，获得转基因牛的乳汁，降低乳糖含量第十八页，共五十一页。（三）用转基因的动物生产药物（重点）乳腺生物反应器

如何利用转基因动物生产药物呢？第十九页，共五十一页。将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵送入母体，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，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。乳腺生物反应器乳腺生物反应器的优点：①产量高；②质量好；③成本低；④易提取。第二十页，共五十一页。思考：为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？⑴乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。⑵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，具有稳定的生物活性。⑶从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。第二十一页，共五十一页。①获取目的基因（例如血清白蛋白基因）②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）③显微注射导入哺乳动物受精卵中④形成胚胎⑤将胚胎送入母体动物⑥发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）归纳:用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？第二十二页，共五十一页。（四）用转基因动物作器官移植的供体利用基因工程对猪的器官进行改造方法：将器官供体基因组导入某种调节因子，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第二十三页，共五十一页。将目的基因导入到动物的受精卵里，目的基因若与受精卵染色体DNA整合，细胞分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。总结：什么叫转基因动物？基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。第二十四页，共五十一页。例1、继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是___________。（2）进行基因转移是，通常要将外源基因转____中，原因是

。（3）通常采用

技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的

细胞中特异表达。（5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠细胞的

转入

细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为

。显微注射受精卵受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达DNA分子杂交膀胱上皮细胞核去核的卵核移植（或克隆）第二十五页，共五十一页。例2、器官移植是治疗人类某些疾病的有效治疗方法，如对大面积烧伤病人采取的皮肤移植，肾衰竭病人的肾移植，冠心病人的心脏移植等。下面就器官移植的话题，回答相关问题：英国科学家已经研究用动物的器官作为器官移植的器官来源，科学家发现猪的内脏器官与人的内脏器官大小、形态均差不多，他们从20世纪80年代就开始研究。研究的重点是改造猪细胞膜。（1）猪细胞膜的基本结构和人的细胞膜是相同的，但其上的

和人细胞膜有很多是不同的。（2）改造猪细胞膜主要是通过

技术进行，具体操作步骤：糖蛋白基因工程第二十六页，共五十一页。第一步，获得控制目的基因（人体细胞膜上蛋白质合成的基因），所用的方法有

。

第二步，将目的基因与

结合；第三步，将目的基因导入受体细胞，对猪来说，应导入其

细胞最有效。在这项技术中，必须使用的两种工具酶是

和

。鸟枪法、反转录法、化学合成法运载体受精卵限制酶DNA连接酶第二十七页，共五十一页。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？从生物的组织、细胞或血液中提取。2.传统生产方法的缺点:由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。三、基因工程药品异军突起第二十八页，共五十一页。3.可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素—2、干扰素）、抗体、疫苗、激素等第二十九页，共五十一页。基因工程药品——胰岛素胰岛素从猪、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%!第三十页，共五十一页。

治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。基因工程药品——生长激素第三十一页，共五十一页。人造血液及其生产基因工程药品——干扰素

从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！

通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取20—40mg干扰素第三十二页，共五十一页。利用微生物生产药物的优越性何在?利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性：（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。第三十三页，共五十一页。1、基因诊断：也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。四、基因诊断基因探针：基因探针就是一段与目的基因或被测DNA互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分。第三十四页，共五十一页。探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子；

原理：利用DNA分子杂交原理；原理是：互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。第三十五页，共五十一页。基因诊断技术在什么方面发展迅速？在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。1）β—珠蛋白的DNA探针→镰刀状细胞贫血症

2）苯丙氨酸羧化酶基因探针→苯丙酮尿症

3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针→白血病举例第三十六页，共五十一页。1、基因治疗概念：五、基因治疗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。（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从而达到治疗疾病的目的）2、实例：将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。对严重复合型免疫缺陷症的治疗第三十七页，共五十一页。

1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。第三十八页，共五十一页。3、基因治疗的类型体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段5、用于基因治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因第三十九页，共五十一页。基因芯片从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。第四十页，共五十一页。基因工程与食品业基因工程为人类开辟新的食物来源。

1）鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。

2）用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。基因工程为食品工业中提供了什么前景？第四十一页，共五十一页。基因工程与环境监测（一）基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来第四十二页，共五十一页。基因工程与环境监测（二）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。第四十三页，共五十一页。基因工程与环境污染治理基因工程做成的“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。第四十四页，共五十一页。1.下列转基因生物与所运用的目的基因正确是:()(多选)A．抗虫棉——Bt毒蛋白基因B．抗真菌立枯丝核菌的烟草——抗毒素合成基因C．抗盐碱和干旱植物——调节细胞渗透压的基因D．耐寒的番茄——抗冻蛋白基因ABCD第四十五页，共五十一页。2．小麦根尖细胞基因分布在（）

A.染色体，核糖体

B.染色体，叶绿体

C.染色体，线粒体

D.染色体，线粒体，叶绿体Ｃ第四十六页，共五十一页。3．有关基因工程的说法，正确的是(

)(多选)A.在基因工程操作中，只要在受体细胞中检测到目的基因，就能表达B.基因工程操作的必须的工具有