13基因工程的應(yīng)用(上課用)

1、1.培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的主要步驟需要哪些工具？2.簡述培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的基本過程？思考：基因工程的應(yīng)用專題基因工程一、植物基因工程碩果累累植物基因工程技術(shù)主要用于哪些方面?提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等）,以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面.(一)抗蟲轉(zhuǎn)基因植物1.蟲害給農(nóng)作物帶來了哪些影響? 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)如何 防治害蟲? 有哪些不足?2.如何獲得抗蟲植物？現(xiàn)在有哪些抗蟲植物問世?3. 抗蟲基因有哪些？Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等請閱讀P18生物資料技術(shù)卡,了解一些抗蟲基因的抗蟲機理。1.抗蟲棉的目的基因是什么?目的基

2、因從何而來?對哺乳動物有害嗎？2.將抗蟲基因?qū)胫参锛?xì)胞中用的最多的方法是什么？我國的科學(xué)家將抗蟲基因?qū)朊藁ㄓ昧耸裁椽殑?chuàng)的方法?思考：1.細(xì)菌的基因之所以能“嫁接”到棉花細(xì)胞內(nèi)，原因是 。組成細(xì)菌和棉花的DNA分子的空間結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成相同 2.利用基因工程培育抗蟲棉，與誘變育種和雜交育種相比，有什么優(yōu)點？是屬于哪種變異？3.抗蟲棉能抗病嗎？（二）抗病轉(zhuǎn)基因植物1.什么是病原微生物？有哪些種類？引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和細(xì)菌等2.為什么說常規(guī)育種很難培育出抗病毒的新品種？3.在抗病轉(zhuǎn)基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外殼蛋白基因； 病毒的復(fù)制酶基因4.在抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中使用什

3、么基因？幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因 （三）其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物1.哪些環(huán)境條件會造成農(nóng)作物低產(chǎn)、減產(chǎn)？鹽堿、干旱、低溫和澇害等2.鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)？細(xì)胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)3.在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因？ 調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因 4.轉(zhuǎn)基因耐寒的煙草和番茄中哪種目的基因提高了其抗寒能力？目的基因從何而來？魚的抗凍蛋白基因 5.抗除草劑基因有何用途？噴灑除草劑時，殺死田間的雜草而不損傷作物（四）利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)人體（或其它脊椎動物）必不可少，而機體內(nèi)又不能合成的，必須從食物中補充的氨基酸，稱必需氨基酸。必需氨基酸共有種：賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、蘇

4、氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸。如果飲食中經(jīng)常缺少必需氨基酸，可影響健康。 另外12種氨基酸是人體細(xì)胞能夠合成的叫做非必需氨基酸。你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？如何用轉(zhuǎn)基因的方法加以改良？試舉例說明？將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参?改變必需氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性)轉(zhuǎn)基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果實成熟的基因轉(zhuǎn)基因矮牽牛的目的基因是什么？與植物花青素代謝有關(guān)的基因異想天開總結(jié)：基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用（1）改良農(nóng)作物的品質(zhì)（培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質(zhì)的品種）（2）培育抗逆性品種 將細(xì)菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根

5、本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。 科學(xué)家將菜豆儲存蛋白的基因轉(zhuǎn)移到向日葵中，培育出了“向日葵豆”植物。這一過程不涉及 C A.DNA按照堿基互補配對原則自我復(fù)制 B.DNA以其一條鏈為模板合成RNA C.RNA以自身為模板自我復(fù)制 D.按照RNA密碼子的排列順序合成蛋白質(zhì) 二、動物基因工程前景廣闊（一）用于提高動物生長速度動物品種改良、建立生物反應(yīng)器、器官移植等導(dǎo)入外源生長激素基因（二）用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)舉例說明將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。上海醫(yī)學(xué)遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉(zhuǎn)基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達(dá)水平的新方法，使轉(zhuǎn)

6、基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍，轉(zhuǎn)基因動物（ B）A提供基因的動物 B基因組中增加外源基因的動物C能產(chǎn)生白蛋白的動物 D能表達(dá)基因信息的動物 （三）用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物設(shè)問:就基因藥物而言，最理想的表達(dá)場所是哪里？轉(zhuǎn)基因動物的乳腺。 （1）乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會影響轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應(yīng)。 （2）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。 （3）從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時，轉(zhuǎn)基因動物又可無限繁殖。設(shè)問:為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場所呢？將 基因與 等調(diào)控組件重組在一起，通過

7、等方法，導(dǎo)入哺乳動物的 中，將 其 送入母體，使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。乳腺生物反應(yīng)器乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點：產(chǎn)量高；質(zhì)量好；成本低；易提取。 藥物蛋白乳腺蛋白基因的啟動子顯微注射受精卵獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動子）顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中形成胚胎將胚胎送入母體動物發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）。思考:用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的？ 繼哺乳動物乳腺發(fā)生器研發(fā)成功后，膀胱生物發(fā)生器的研究也

8、取得了一定進(jìn)展。最近，科學(xué)家培養(yǎng)出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。請回答：（1）將人的生長激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞，常用方法是_。（2）進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時，通常要將外源基因轉(zhuǎn)入_中，原因是_。（3）通常采用_DNA雜交_技術(shù)檢測外源基因是否插入了小鼠的基因組（4）在研制膀胱生物反應(yīng)器時，應(yīng)使外源基因在小鼠的_膀胱上皮細(xì)胞_細(xì)胞中特異表達(dá)。（5）膀胱生物發(fā)生器比乳腺生物反應(yīng)器有什么優(yōu)點？顯微注射法受精卵具全能性，可使外源基因在相應(yīng)的組織細(xì)胞中表達(dá)（四）用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體利用基因工程對豬的器官進(jìn)行改造方法：將器官供體基因組導(dǎo)入 ，以抑制的 表達(dá)或設(shè)法除去 ，

9、再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官某種調(diào)節(jié)因子抗原決定基因抗原決定基因 小結(jié)： 基因工程的應(yīng)用 植物基因工程： 抗蟲、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物，利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。 動物基因工程： 提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物。 基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計施工的。在基因操作的基本步驟中，不進(jìn)行堿基互補配對的步驟是 C A、人工合成目的基因 B、目的基因與運載體結(jié)合 C、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 D、目的基因的檢測和表達(dá)1.在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素等直接從生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提??？從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取。2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點:

10、由于受原料來源的限制，價格十分昂貴。三、基因工程藥品異軍突起3.可利用什么方法來解決上述問題？利用基因工程方法制造轉(zhuǎn)基因的工程菌，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表達(dá)的菌類細(xì)胞株系?；蚬こ趟幤钒ǎ杭?xì)胞因子（即淋巴因子如白細(xì)胞介素2、干擾素）、抗體、疫苗、激素等 胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價格昂貴，遠(yuǎn)不能滿足社會需要。1979年，科學(xué)家將動物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內(nèi)實現(xiàn)了表達(dá)。1982年

11、，美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場，售價降低了30%50%。 基因工程藥品 胰島素 治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素。 現(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從 450 L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。 基因工程藥品 生長激素干擾素是動物或人體細(xì)胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對治療癌癥和某些白血病也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方

12、法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。19801982年，科學(xué)家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場。 基因工程藥品 干擾素利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在? 利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達(dá)載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。有以下優(yōu)越性：（1）利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。（3）降低

13、生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。 1、基因治療概念：四、基因治療曙光初照 把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，是治療遺傳病的最有效的手段。（把特定的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，從而達(dá)到治療疾病的目的）2、實例： 將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細(xì)胞中，再將這種淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。(1)對嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷癥的治療 1990年9月14日，安德森對一例患ADA缺乏癥的4歲女孩進(jìn)行基因治療。這個4歲女孩由于遺傳基因有缺陷，自身不能生產(chǎn)ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在無菌的隔離帳里。他們將這個女孩的白血球進(jìn)行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因

14、替代，然后把含正常白血球的溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中。在以后的10個月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療，同時也接受酶治療。后來，她的免疫功能日趨健全，能夠走出隔離帳，過上了正常人的生活，并進(jìn)入普通小學(xué)上學(xué)。取患者骨髓分離干細(xì)胞病毒正?；?qū)胝；虻母杉?xì)胞注入患者體內(nèi) 患半乳糖血癥的患者，由于細(xì)胞內(nèi)半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶，使過多的半乳糖在體內(nèi)積聚，引起肝、腦等功能受損。 1971年，美國科學(xué)家在體外做了試驗，用帶有半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因的噬菌體侵染患者的離體組織細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些組織細(xì)胞能夠利用半乳糖了。這表明，用基因替換的方法治療這種遺傳病是可能的。(2)半乳糖血癥3、基因治

15、療的類型體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，然后在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移的治病方法。（如將治療囊性纖維病的正?；蜣D(zhuǎn)入患者肺組織）4、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗階段5、用于基因治療的基因種類：正?；颉⒎戳x基因和自殺基因DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。當(dāng)用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被測基因進(jìn)行接觸，若兩者的堿基完全配對成雙鏈，則表明被測基因中含有已知的基因序列。知識回顧：基因診斷五、基因芯片 從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜；從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交