第六章基因工程及其应用VIP

第六章基因工程及其应用优选第六章基因工程及其应用一、基因工程的原理基因工程的出现使人类有可能按照自己的意愿直接定向地改变生物，培育出新品种。

又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，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。1、基因工程例题1.科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术—基因工程，实施该工程的最终目的是（）A．定向提取生物体的DNA分子B．定向地对DNA分子进行“剪切”C．在生物体外对DNA分子进行改造D．定向地改造生物的遗传性状D一、基因工程的原理基因工程的出现使人类有可能按照自己的意愿直接定向地改变生物，培育出新品种。又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，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。1、基因工程的概念：基因工程基本工具：基因“剪刀”——限制性核酸内切酶基因“针线”——DNA连接酶基因的运载体——质粒、噬菌体、动植物病毒一、基因工程的原理2、“基因剪刀”——限制性核酸内切酶(简称限制酶)CTTAAG

AATTCG

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。例如:EcoRI限制酶，专一识别GAATTC序列，并在G和A之间将序列切开。黏性末端黏性末端切割DNA分子中两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键限制酶切割的什么？？○

A

T

T

A被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？尝试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端

DNA被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末端”。被同一种限制酶切断的几个DNA具有相同的黏性末端，碱基能够通过互补进行配对。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAACGTGCTTAAAATTCCCATTGGGTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAGGGCATCTTAAAATTCCGTAG一、基因工程的原理3、“基因针线”——DNA连接酶连接酶的作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAG连接酶连接的部位：磷酸二酯键思考：如何将重组DNA分子送入受体细胞呢？一、基因工程的原理4、基因的运载体运载体必须同时满足三个要求：①能在宿主细胞内复制并稳定的保存。

②具有多个限制酶切点。③具有某些标记基因，便于筛选。常用：质粒、噬菌体、动植物病毒受材料来源限制产量有限，价格十分昂贵。三、转基因生物和转基因食品的安全性将目的基因导入受体细胞运载体必须同时满足三个要求：D．定向地改造生物的遗传性状（形成重组DNA分子）用限制酶切断成许多片段用连接酶将目的基因与质粒连接且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。（生长速率提高30%，体型增大50%）通俗地说，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。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GAAGTACTTAA用连接酶将目的基因与质粒连接一、基因工程的原理大肠杆菌DNA质粒（环状DNA分子）控制质粒DNA转移的基因抗生素抗性基因质粒：存在于许多细菌以及酵母菌等生物的细胞中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子。①从细胞中分离出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片断③分离大肠杆菌质粒④DNA重组⑤将质粒导入大肠杆菌⑥培养大肠杆菌获得产物基因工程过程示意图5、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检测与鉴定提取目的基因的方法用限制酶切断成许多片段⑴直接分离基因——鸟枪法又叫“散弹射击法”，犹如用猎枪发射的散弹打鸟，无论哪一颗子弹击中目标,都能把鸟打下来具体做法是：用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞所提供的DNA的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制，从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来。

该法优点是操作简便，但是最大的缺点是具有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。⑵人工合成基因法DNA合成仪有两种方法：

①逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。

②直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。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。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GAAGTACTTAA中国农业大学获得的转基因克隆奶牛又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。（1）获得高产、稳产和具有优良品质的农作物第三步：将目的基因导入受体细胞基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。又叫“散弹射击法”，犹如用猎枪发射的散弹打鸟，无论哪一颗子弹击中目标,都能把鸟打下来大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低大大降低!B．定向地对DNA分子进行“剪切”AATTCCCTAA用基因工程方法生产的药物还有白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子以及某些疫苗等。用同种限制酶切断两个DNA基因工程方法生产蛋白质药物的优势非常明显。目的基因的检测和鉴定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。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，保留有表达产物的进一步培养、研究。无表达产物无表达产物有表达产物无表达产物基因工程别名操作环境操作对象操作水平基本工具基本过程结果实质基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的基因产物提取→拼接→导入→检测和鉴定基因重组限制酶、DNA连接酶、运载体第一步：提取目的基因基因工程基本步骤：第二步：目的基因与运载体结合第三步：将目的基因导入受体细胞第四步:目的基因的表达和检测例题2.利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需的产品。下列选项中能说明目的基因完成表达的是（）A．棉花细胞中检测到载体上的标记基因B．山羊乳腺细胞中检测到人生长激素的基因C．酵母菌细胞中提取到人的干扰素D．大肠杆菌中检测到人胰岛素基因的mRNAC二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种（1）获得高产、稳产和具有优良品质的农作物将富含赖氨酸的蛋白质编码基因转入玉米,获得转基因玉米。将控制番茄果实成熟的基因导入番茄,获得转基因耐贮存番茄,是世界上进入市场的第一种转基因植物。转入金鱼草基因的紫番茄富含花青素，可明显减缓结肠癌细胞生长，同时具抵抗心血管疾病的功效。四、基因工程的应用1、基因工程与作物育种转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄获得高产、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。板书设计基因工程原理概念：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，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。基因“剪刀”——限制性核酸内切酶基因“针线”——DNA连接酶基因的运载体——质粒、噬菌体、动植物病毒基本工具操作步骤提取目的基因目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定（2）培育出具有各种抗逆性的作物新品种二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种苏云金杆菌抗虫基因普通棉花抗虫棉提取导入培育抗虫棉的培育过程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、菊花、白花三叶草等。（2）培育出具有各种抗逆性的作物新品种二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种抗病毒转基因甜椒转基因抗除草剂玉米（1）培育出具有优良品质的动物二、基因工程的应用2、基因工程与畜牧养殖转生长激素基因鲤鱼（9个月后比对照个体重1.5kg)超级绵羊（生长速率提高30%，体型增大50%）（2）利用转基因动物生产药物乳汁中分泌人凝血因子IX的转基因山羊科学家将药用蛋白基因导入哺乳动物的受精卵，使其发育成转基因动物，转基因动物进入泌乳期后，通过分泌的乳汁来生产所需的药品。中国农业大学获得的转基因克隆奶牛二、基因工程的应用2、基因工程与畜牧养殖二、基因工程的应用3、基因工程与药物研制许多药品的生产是从生物组织、细胞或血液中提取的。受材料来源限制产量有限，价格十分昂贵。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，高效率地生产出各种高质量、低成本的药品，如胰岛素、干扰素等。用基因工程方法生产的药物还有白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子以及某些疫苗等。胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、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！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低大大降低!我国生产的部分胰岛素产品胰岛素生产车间干扰素治疗病毒感染是“万能灵药”！过去从人血中提取,300L血才提取1mg!其“珍贵”程度自不用多说。干扰素生产车间基因工程人干扰素α-2b（安达芬），广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。①能在宿主细胞内复制并稳定的保存。②直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。基因“剪刀”——限制性核酸内切酶受材料来源限制产量有限，价格十分昂贵。（1）培育出具有优良品质的动物3、基因工程与药物研制C．酵母菌细胞中提取到人的干扰素第三步：将目的基因导入受体细胞磷酸二酯键基因拼接技术或DNA重组技术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用基因工程方法生产的药物还有白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子以及某些疫苗等。（生长速率提高30%，体型增大50%）大量的受体细胞接受不多的目的基因。AATTC基因工程方法生产蛋白质药物的优势非常明显。二、基因工程的应用4、基因工程与环境基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。如检测饮用水中病毒的含量。