选修专题一第三节基因工程的应用

选修专题一第三节基因工程的应用1、从---------中获取目的基因2、利用--------扩增目的基因3、通过DNA合成仪用--------直接人工合成一、目的基因的获取基因文库PCR技术化学方法基因工程的基本操作程序复习第2页,共57页，2024年2月25日，星期天二、基因表达载体的构建是基因工程的-------------核心基因表达载体的基本组成元件：

目的基因+启动子+终止子+标记基因复习第3页,共57页，2024年2月25日，星期天三、将目的基因导入受体细胞①将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是（），其次还有（）和（）。②将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是（）。此方法的受体细胞多是（）。③将目的基因导入微生物细胞：（）。复习农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法显微注射法受精卵Ca＋处理法第4页,共57页，2024年2月25日，星期天四、目的基因的检测与鉴定1.首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用（）。2.其次还要检测目的基因是否转录出mRNA，方法是采用（）。3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是采用（）。4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如（）鉴定等。复习DNA分子杂交技术分子杂交技术抗原—抗体杂交技术抗虫或抗病的接种第5页,共57页，2024年2月25日，星期天1.3基因工程的应用基因工程的实际应用领域有：农牧业、工业、环境、能源、医学卫生等应用生物：植物、动物、微生物新课第6页,共57页，2024年2月25日，星期天一、植物基因工程硕果累累(p17)植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱、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。1、抗虫转基因植物2、抗病转基因植物3、抗逆转基因植物4、利用转基因改良植物的品质第7页,共57页，2024年2月25日，星期天1、抗虫转基因植物抗虫转基因植物原理：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，使其具有抗虫性，已成为防治作物虫害的发展趋势。此项技术的最大好处：减少化学农药对环境的污染且大大降低生产成本抗虫水稻抗虫棉第8页,共57页，2024年2月25日，星期天研究人员从草莓细胞线粒体中克隆了一种酶基因，并将该酶基因导入拟南芥菜并成功表达。使转基因拟南芥菜能产生两种吸引益虫的类萜化合物，从而吸引害虫的天敌而杀灭虫害。研究人员指出，培育这种转基因植物可为植物病虫害防治提供了新途径。思维启迪第9页,共57页，2024年2月25日，星期天用于杀虫的基因主要是：(p18)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……例如我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉就是植入Bt毒蛋白基因培育而成的，它对棉铃虫有较强的抗性。目前已问世的转基因抗虫植物主要有:

水稻、棉、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、菊花和白花三叶草……1、抗虫转基因植物抗虫害的玉米第10页,共57页，2024年2月25日，星期天抗虫棉的体细胞内含有的基因是（）

A.Bt毒蛋白基因

B.Bt毒蛋白基因和叶绿体基因

C.Bt毒蛋白基因和棉花的部分基因

D.Bt毒蛋白基因和棉花的全部基因D随堂练习第11页,共57页，2024年2月25日，星期天2、抗病转基因植物1986年，美国Beachy研究小组首次将烟草花叶病毒的外壳蛋白基因导入烟草，培育出抗烟草花叶病毒的烟草植株，开创了抗病毒育种的新途径。抗病转基因植物技术原理:从某些生物中分离能抵抗某种病毒的基因，将其导入作物中，使其能够抵抗某种病毒的感染。通过导入植物病毒的外壳蛋白基因来提高植物的抗病毒能力的技术，已在多种植物病毒中进行了试验。抗病黄瓜抗病烟草第12页,共57页，2024年2月25日，星期天条锈病小麦（真菌感染）第13页,共57页，2024年2月25日，星期天2006年度国家最高科技奖获得者遗传学家、小麦育种专家李振声院士（山东农业大学校友）抗锈病小麦第14页,共57页，2024年2月25日，星期天2、抗病转基因植物成果:抗烟草花叶病毒的转基因烟草、抗病的转基因小麦、甜椒、番茄等多种作物。抗病基因种类(P18):(1)抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因病毒的复制酶基因(2)抗真菌基因:几丁质酶基因抗毒素合成基因抗病番茄第15页,共57页，2024年2月25日，星期天抗病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B随堂练习第16页,共57页，2024年2月25日，星期天抗逆转基因植物原理：

环境条件对农作物的生产有巨大的影响。例如盐碱、干旱、低温、旱涝等不利的环境，是造成低产、减产的常见因素。从某些生物中分离出具有抗逆性的基因，将其导入作物中，使其具有抵抗盐碱、干旱、低温、旱涝等不利的环境，提高农作物的产量。3、抗逆转基因植物抗旱抗倒伏晋谷抗盐碱杨树第17页,共57页，2024年2月25日，星期天转鱼抗寒基因的番茄和草莓第18页,共57页，2024年2月25日，星期天3.抗逆转基因植物第19页,共57页，2024年2月25日，星期天抗逆基因种类:

调节细胞

基因使作物抗碱、抗旱；鱼的抗冻蛋白基因使作物

、抗除草剂基因使作物抗

.成果:转鱼抗冻蛋白基因的番茄、烟草，转基因抗除草剂玉米、大豆……

渗透压耐寒除草剂3、抗逆转基因植物耐盐抗旱玫瑰第20页,共57页，2024年2月25日，星期天

我国在抗逆基因的分离、克隆和转化等方面的研究已取得一定进展，克隆了耐盐碱相关基因，通过遗传转化已获得了耐1％NaCl的苜蓿，耐0.8％NaCl的草莓，耐2％NaCl的烟草。抗逆基因工程作物已进入田间试验阶段。我国科学家刘岩等获得了耐盐性明显提高的转基因玉米植株。我国科学家张荃等获得了耐盐性提高的转基因番茄。3、抗逆转基因植物第21页,共57页，2024年2月25日，星期天4、利用转基因改良植物的品质

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22页,共57页，2024年2月25日，星期天(1)提高花卉的观赏价值第23页,共57页，2024年2月25日，星期天原理：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种酶的活性的相关基因，以提高氨基酸的含量。（2）提高营养成分的含量第24页,共57页，2024年2月25日，星期天转基因水稻“金大米”将水仙花的两个基因和一种细菌的一个基因一起植入一种名为T309的水稻中，获得一种水稻新品种。这样获得的新水稻富含铁元素、锌元素和可转化为维生素A的胡萝卜素，能防止贫血和维生素A缺乏症。第25页,共57页，2024年2月25日，星期天

这种延熟番茄不易腐烂，不仅便于运输、贮藏，还可使其留在植株成长更长时间，充分吸收阳光，完全成熟后再运到市场销售，能保存良久并仍然具有“夏日成熟的滋味”。（3）培育耐储存植物果实第26页,共57页，2024年2月25日，星期天二、动物基因工程前景广阔转基因荧光猪把水母的绿色荧光蛋白基因转到猪上2008年1月7日，两头刚出生的“荧光猪崽”在紫外光源激发下发出绿色荧光。

第27页,共57页，2024年2月25日，星期天1.用于提高动物生长速度外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快转（草鱼生长激素基因）的鲤鱼第28页,共57页，2024年2月25日，星期天1982年美国科学家将大鼠的生长激素基因注射到小白鼠受精卵中，得到第一只转基因动物“超级小鼠”。

第29页,共57页，2024年2月25日，星期天2.用于改善畜产品的品质转肠乳糖酶基因牛的乳汁，乳糖含量大大降低，其他营养成分不受影响第30页,共57页，2024年2月25日，星期天3、用转基因动物作器官移植的供体（P21）

供体动物：存在的难题：解决方法：猪免疫排斥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。?第31页,共57页，2024年2月25日，星期天获取目的基因（例如血清蛋白基因）（1）用动物乳腺作为反应器，生产高价值的蛋白质比工厂生产的优越之处：（2）用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程：产量高；质量好；成本低；易提取构建基因表达载体（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）4、用转基因的动物生产药物（P21)重点第32页,共57页，2024年2月25日，星期天乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)转基因牛携带人血清白蛋白基因的转基因试管牛“滔滔”（中国）第33页,共57页，2024年2月25日，星期天①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。

②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。

③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。

（3）为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？思考第34页,共57页，2024年2月25日，星期天(4)膀胱生物反应器

膀胱生物反应器最显著的优势在于从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。

新思维膀胱反应器有着和乳腺反应器一样的优点：收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤害。该系统可从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否正处于生殖期。

第35页,共57页，2024年2月25日，星期天优点：产量高、质量好、成本低、易提取方法：

乳腺生物反应器膀胱生物反应器注意：乳腺生物反应器雌性个体才能生产药物（5）小结第36页,共57页，2024年2月25日，星期天侏儒症第37页,共57页，2024年2月25日，星期天

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。现在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。生长激素第38页,共57页，2024年2月25日，星期天胰岛素从猪、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（比黄金贵四倍）。

20世纪80年代将人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%!胰岛素第39页,共57页，2024年2月25日，星期天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干扰素干扰素第40页,共57页，2024年2月25日，星期天在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、生长激素、干扰素等是直接从生物体的哪些结构中提取？药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。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。可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。三、基因工程药品异军突起（P21)第41页,共57页，2024年2月25日，星期天工程菌（P21)：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。微生物繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少，容易控制，适于大规模工业化生产。为什么微生物适于做生产转基因药物的工程菌？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。第42页,共57页，2024年2月25日，星期天我国已生产的产品：白细胞介素-2、干扰素、各种抗体、乙肝疫苗等我国生产的部分基因

工程疫苗和药物第43页,共57页，2024年2月25日，星期天人体基因的缺失，导致一些遗传疾病，应用基因工程技术使缺失的基因归还人体，达到治疗的目的，已成为基因工程在医学方面应用的又一重要内容。基因治疗：具体是指把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥作用，从而达到治疗疾病的目的。四、基因治疗曙光初照(P23)第44页,共57页，2024年2月25日，星期天1、体外基因治疗：从病人体内获得某种细胞，例如T淋巴细胞，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。四、基因治疗曙光初照第45页,共57页，2024年2月25日，星期天

1990年的9月14日，美国国立卫生研究院（NIH）的W.FrenchAnderson博士等人获准实施人类历史上第一例基因治疗的临床试验（如图17）。这名4岁的小女孩AshanthiDeSilva患有重度联合免疫缺陷综合征（severecombinedimmunodeficiency,SCID）。她体内先天性缺少腺苷脱氨酶（AdenosineDeaminase,ADA），致使细胞内脱氧腺苷大量积累，导致T淋巴细胞中毒死亡。由于缺乏正常人的免疫系统，她非常容易受到细菌和病毒的感染。患有这种遗传疾病的小孩通常最后都会因感染而死亡，很难活到成年,所以Ashanthi一直过着一种“与世隔绝”的生活——避免外出，静静地呆在家里的无菌环境中，无休止地使用大量抗生素来与细菌和病毒作斗争。四、基因治疗曙光初照第46页,共57页，2024年2月25日，星期天四、基因治疗曙光初照

在这次基因治疗中，科学家从Ashanthi身上抽取血后并分离得到少量白细胞，进行体外培养扩增。然后，他们利用改造后的逆转录病毒将正常的人ADA基因转移到靶细胞里，使白细胞代偿性地表达了ADA蛋白。十天以后，这种经过“修饰”的白细胞通过静脉缓缓地输回到女孩体中。通过这种治疗方式，Ashanthi的免疫系统功能提高了40%以上。她不再反复受到感冒的困扰，对白日咳等疾病也有了一定的免疫，甚至可以开始上学。但是，这并没有完全治愈Ashanthi，那些经过遗传改造的细胞只能正常工作几个月，然后必须要再次重复这个治疗过程，才能保证免疫系统继续工作。至今，Ashanthi的健康状态一直保持良好，她甚至开始读大学了。小女孩彻底告别了与世隔绝的无菌病房，走进了阳光灿烂的新生活17岁第47页,共57页，2024年2月25日，星期天2、体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。四、基因治疗曙光初照

1994年美国科学家利用经过修饰的腺病毒为载体，成功地将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因cfdr

转入患者肺组织中第48页,共57页，2024年2月25日，星期天去年9月份，一位18岁美国青年JesseGelsinger因一种在医学上称为鸟氨酸转氨甲酰酶不足症的罕见遗传性疾病而在美国宾夕法尼亚州大学人类基因治疗中心接受基因治疗时不幸死亡，成为被报道的首例死于基因治疗中的患者。

值得提出的是，无论哪一种基因治疗目前都处于初期的临床试验阶段，均没有稳定的疗效和完全的安全性，这是当前基因治疗的研究现状。可以说，在没有完全解释人类基因组的运转机制，充分了解基因调控机制和疾病的分子机理之前进行基因治疗是十分困难的。

四、基因治疗曙光初照第49页,共57页，2024年2月25日，星期天

21世纪将是基因工程迅速发展并完善的世纪，也是它产生巨大效益的世纪！基因工程将在医疗卫生、食品工业、农牧业、环保等许多方面发挥重大的作用！第50页,共57页，2024年2月25日，星期天小结基因工程的应用植物基因工程抗虫转基因植物抗病转基因植物抗逆转基因植物改良植物品质动物基因工程提高动物生长速度改善畜产品质量生产药物用转基因动物做器官移植供体基因治疗基因工程药物异军突起