基因工程及其應(yīng)用管

基因工程及其應(yīng)用管第1頁/共35頁豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮資料一：目前，全球的氮肥生產(chǎn)耗費世界總電力的3%-4%，且農(nóng)作物只能吸收氮肥的1/10,造成了大面積土壤和水質(zhì)的污染。資料分析引入第2頁/共35頁蜘蛛能夠吐出蛛絲資料二：蛛絲是自然界最奇特的物質(zhì)之一，它具有極強的韌度，其韌度是同樣直徑鋼材的好幾倍。但與家蠶不同，蜘蛛不能家養(yǎng)，因為它們會互相吞食，所以不可能建立人工飼養(yǎng)蜘蛛的農(nóng)場。30多年來，科學(xué)家們一直試圖找到利用其他生物體來制造蛛絲的辦法。第3頁/共35頁

資料三以往，治療糖尿病的胰島素是從動物胰腺中提取的，從100千克豬、牛等動物的胰腺只能提取3－4克胰島素，治療一個患者需宰殺40－50頭牛，這種藥物的造價就可想而知了。

微生物可以有分泌產(chǎn)物，且微生物繁殖速率快第4頁/共35頁設(shè)想一能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？能否讓細(xì)菌“吐出”蛛絲？設(shè)想二能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？設(shè)想三經(jīng)過多年的努力，科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)——基因工程。第5頁/共35頁基因工程及其應(yīng)用第2節(jié)第6頁/共35頁基因工程：即

。通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，

地改造生物的

。2、原理：1、操作水平：基因重組DNA分子水平基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)定向遺傳性狀3、基因工程育種與雜交育種、誘變育種相比，主要優(yōu)點是什么？目的性強、育種周期短、克服遠(yuǎn)源雜交不親和的障礙一、基因工程第7頁/共35頁“嫁接”了人胰島素基因的大腸桿菌第8頁/共35頁培育“合成人胰島素”大腸桿菌的簡要過程：要實現(xiàn)上述操作要經(jīng)哪些工具和操作步驟？普通大腸桿菌(不能分泌胰島素)人體組織細(xì)胞提取胰島素基因與運載體結(jié)合導(dǎo)入大腸桿菌(含胰島素基因)轉(zhuǎn)基因大腸桿菌分泌胰島素實例展示第9頁/共35頁（二）基因操作的工具基因的“剪刀”限制性核酸內(nèi)切酶基因的“針線”DNA連接酶基因的運輸工具運載體第10頁/共35頁1、基因工程的限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)主要存在于微生物一種限切酶只能識別一種特定的核苷酸序列,并在特定切點切割DNA分子已發(fā)現(xiàn)的有200多種種類:來源:特點:作用于：磷酸二酯鍵剪刀：使氫鍵斷裂的酶？第11頁/共35頁CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAGEcoRI剪切目的基因CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG

目的基因黏性末端第12頁/共35頁

被同一種限制酶切斷的幾個DNA是否具有相同的黏性末端？思考:形成的黏性末端不同不同的限制酶呢？具有第13頁/共35頁2、基因工程的DNA連接酶作用：將互補配對的兩個粘性末端連接起來，使之成為一個完整的DNA分子針線：第14頁/共35頁使用DNA連接酶制作重組DNA分子甲片段CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG

GGCATCTTAAAATTCCGTAGDNA連接酶的作用位點是：相鄰的兩個脫氧核苷酸的切口。即生成：__________。磷酸二酯鍵課本P54：練習(xí)3第15頁/共35頁3、基因的運載體（2）條件①能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存②具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接③具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選（1）常用運載體：質(zhì)粒、噬菌體和動、植物病毒等第16頁/共35頁

標(biāo)記基因，便于進(jìn)行檢測。質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌和酵母菌等生物中,是能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子。

第17頁/共35頁從細(xì)胞中分離出DNA從大腸桿菌中提取質(zhì)粒限制酶提取目的基因限制酶目的基因與運載體結(jié)合DNA連接酶目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的表達(dá)與檢測三、基因工程操作的基本步驟第18頁/共35頁1993年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的科學(xué)家成功培育出了抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。他們從蘇云金芽孢桿菌中提取出抗蟲基因，導(dǎo)入棉花體細(xì)胞中，使棉花具有抵抗蟲害的能力。問：(1)在上述基因工程中目的基因是_________,切割目的基因所用的工具是______________.(2)不同生物間基因移植成功說明生物共用一套_____,從進(jìn)化的角度看，這些生物具有_________.(3)在DNA分子中“拼接”上某個基因或“切割”掉某個基因，并不影響各基因的功能，這說明基因具有______________。(4)導(dǎo)入的目的基因成功表達(dá)的標(biāo)志是什么？_______________________________________.抗蟲基因限制酶遺傳密碼共同的原始祖先相對的獨立性棉花體細(xì)胞合成了相應(yīng)的蛋白質(zhì)，使棉花具有抵抗蟲害的能力思考題第19頁/共35頁你知道什么是真正的碩果累累嗎?第20頁/共35頁二、基因工程的應(yīng)用：1、基因工程與作物育種2、基因工程與藥物研制：三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性：第21頁/共35頁抗蟲棉抗CMV甜椒抗蟲原理？抗蟲結(jié)果？1、基因工程與作物育種第22頁/共35頁生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)第23頁/共35頁轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄第24頁/共35頁2、基因工程與藥物研制我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物

許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。

微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。第25頁/共35頁

胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。

將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價格降低了30%-50%!第26頁/共35頁

基因工程做成的“超級細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。

通常一種假單孢桿菌只能分解石油中的一種烴類．用基因工程培育成功的“超級細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。

科學(xué)家還培育出能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)的細(xì)菌。3、環(huán)境污染治理第27頁/共35頁

利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。第28頁/共35頁

轉(zhuǎn)基因食品

安全嗎?!第29頁/共35頁轉(zhuǎn)基因植物的安全性爭論支持派認(rèn)為：如果轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)生物技術(shù)得不到社會支持，這一研究將被扼殺，并且強調(diào)，迄今為止并沒有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因食品危害人體健康和環(huán)境的確切證據(jù)。第30頁/共35頁美國人食用轉(zhuǎn)基因食品已多年，超級市場上有4000多種商品是含有轉(zhuǎn)基因植物成分的，還沒有事例證明人吃了以后會得病，甚至?xí)鹚劳觥?/p>

加拿大、澳大利亞也是轉(zhuǎn)基因食品的生產(chǎn)大國，均有幾千萬人在吃，到現(xiàn)在為止也沒有—個案例說明它有問題。第31頁/共35頁反對派的觀點一英國科學(xué)家聲稱，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯會減弱老鼠免疫系統(tǒng)功能；美國康乃爾大學(xué)也發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因玉米會危害蝴蝶幼蟲及其相關(guān)生態(tài)環(huán)境。第32頁/共35頁環(huán)保團(tuán)體認(rèn)為這種違反自然的轉(zhuǎn)基因作物及產(chǎn)品，未經(jīng)長期安全測試，長期食用可能對人類及生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。尤其是注重環(huán)境和生態(tài)保護(hù)的歐盟國家，對轉(zhuǎn)基因作物更加排斥，因而抵制美國GMO產(chǎn)品的進(jìn)口。第33頁/共35頁基因工程的操作工具1.基因的剪刀

——限制酶2.基因的針線

——ＤＮＡ連接酶