基因工程的应用.教学文案.ppt

基因工程的应用.ppt一、基因工程的应用一、基因工程的应用1.转基因植物转基因植物杀虫的基因主要有杀虫的基因主要有Bt毒蛋白基因毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等抗病毒基因抗病毒基因:病毒外壳蛋白病毒外壳蛋白基因和基因和病毒的复制酶病毒的复制酶基因基因;抗真菌基因抗真菌基因:几丁质酶基因几丁质酶基因和和抗毒素合成抗毒素合成基因基因抗盐碱和抗干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗盐碱和抗干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因抗除草剂基因转基因玉米中转基因玉米中赖氨酸赖氨酸的含量比对照提高的含量比对照提高30%转基因延熟番茄储存时间可延长转基因延熟番茄储存时间可延长12个月个月转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异2.基因治疗与基因诊断基因表达基因表达碱基互碱基互补配对补配对利用利用正常正常基因导入有基因缺陷基因导入有基因缺陷的细胞中的细胞中,以表达出正常性状来以表达出正常性状来治疗治疗临床实验临床实验制作特定制作特定DNA探针探针与病人与病人样品样品DNA混合分析混合分析杂交带杂交带情况情况临床应用临床应用一一、植物基因工程硕果累累、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哪些转基因作物已进入大规模商业化应用阶段应用阶段?转基因大豆、玉米、棉花和油菜转基因大豆、玉米、棉花和油菜植物基因工程技术主要用于哪些方面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、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）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以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面产药物等方面.(一一)抗虫转基因植物抗虫转基因植物1.1.虫害给农作物带来了哪些影响虫害给农作物带来了哪些影响?传统农业如何防治害虫传统农业如何防治害虫?有哪些不足有哪些不足?2.2.现在已有哪些抗虫植物问世现在已有哪些抗虫植物问世?3.3.抗虫基因抗虫基因BtBt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等请阅读请阅读P18P18生物资料技术卡生物资料技术卡,了解一些抗虫基了解一些抗虫基因的抗虫机理。因的抗虫机理。4.4.抗虫棉的目的基因是什么抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何目的基因从何而来而来?5.5.我国的转基因抗虫棉取得了哪些进展我国的转基因抗虫棉取得了哪些进展?（二）抗病转基因植物（二）抗病转基因植物1.1.什么是病原微生物？有哪些种类？什么是病原微生物？有哪些种类？引起生物生病的微生物，主要有病毒、引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌等真菌和细菌等2.2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？品种？3.3.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外壳蛋白（病毒外壳蛋白（coat proteincoat protein，CPCP）基因；）基因；病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因3.3.在抗真菌转基因植物在抗真菌转基因植物中中使用什么基因？使用什么基因？几丁质酶基因和抗毒素合成基因几丁质酶基因和抗毒素合成基因 （三）其他抗逆转基因植物（三）其他抗逆转基因植物1.1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？哪些环境条件会造成农作物低产、减产？盐碱、干旱、低温和涝害等盐碱、干旱、低温和涝害等2.2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？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细胞内的渗透压调节在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？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调节细胞渗透压的基因 3.3.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因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？提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？鱼的抗冻蛋白基因鱼的抗冻蛋白基因 4.4.抗除草剂基因有何用途？抗除草剂基因有何用途？喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物（四）利用转基因改良植物的品质（四）利用转基因改良植物的品质人体（或其它脊椎动物）必不可少，而机人体（或其它脊椎动物）必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称氨基酸，称必需氨基酸必需氨基酸。必需氨基酸必需氨基酸共有种：赖氨酸、色氨酸、共有种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。健康。另外另外1212种氨基酸是人体细胞能够合成的叫种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸。做非必需氨基酸。转基因延熟番茄的目的基因是什么？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控制番茄果实成熟的基因转基因矮牵牛的目的基因转基因矮牵牛的目的基因是什么？是什么？与植物花青素代谢有关与植物花青素代谢有关的基因的基因转基因蓝玫瑰转基因蓝玫瑰总结：基因工程在农业上的应用总结：基因工程在农业上的应用（1 1）高产、稳产和具优良品质的品种）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用基因工程的方法可以改善粮食作物的 蛋白质含量。如蛋白质含量。如“向日葵豆向日葵豆”植株。植株。（2 2）抗逆性品种）抗逆性品种 将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐将细菌的抗虫、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。如转基体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。因抗虫棉。二二、动物基因工程前景广阔、动物基因工程前景广阔（一）用于提高动物生长速度（一）用于提高动物生长速度动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等导入外源生长激素基因导入外源生长激素基因（二）用于改善畜产品的品质（二）用于改善畜产品的品质举例说明举例说明将将肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。（三）用转基因的动物生产药物（三）用转基因的动物生产药物设问设问设问设问:就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？转基因动物的转基因动物的乳腺乳腺。（1 1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入）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体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。代谢反应。（2 2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，）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。工，具有稳定的生物活性。（3 3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产）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。物的同时，转基因动物又可无限繁殖。设问设问:为什么乳腺能成为基因药物最理想的为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？表达场所呢？将将药物蛋白基因药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，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。体，使其发育成转基因动物。转基因动物进转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为的药品，称为乳腺生物反应器乳腺生物反应器或乳房生物反或乳房生物反应器。应器。乳腺生物反应器乳腺生物反应器乳腺生物反应器的优点：乳腺生物反应器的优点：产量高；产量高；质量好；质量好；成本低；成本低；易提取。易提取。（四）用转基因动物作器官移植的供体（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利用基因工程对猪的器官进行改造方法：方法：将器官供体基因组导入某种调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或设法除去抗原决定基因，再结合克，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官转基因克隆猪器官将将将将目的基因目的基因目的基因目的基因导入到动物的受精卵里，目的基因若导入到动物的受精卵里，目的基因若导入到动物的受精卵里，目的基因若导入到动物的受精卵里，目的基因若与受精卵染色体与受精卵染色体与受精卵染色体与受精卵染色体DNADNADNADNA整合，细胞分裂时，该基因随整合，细胞分裂时，该基因随整合，细胞分裂时，该基因随整合，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染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使基因，使基因，使基因，使性状得以表达性状得以表达性状得以表达性状得以表达，并稳定地遗传给后代，并稳定地遗传给后代，并稳定地遗传给后代，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，称为转从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。基因动物。基因动物。基因动物。总结：什么叫转基因动物？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？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、高产奶率和高质繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质繁殖具有抗病能力、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。量的皮毛等优良品质的转基因动物。量的皮毛等优良品质的转基因动物。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该过程的重要步骤是通过该过程的重要步骤是通过该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术感染或显微注射技术感染或显微注射技术感染或显微注射技术将将将将重组重组重组重组DNADNADNADNA转移到动物受精卵中。转移到动物受精卵中。转移到动物受精卵中。转移到动物受精卵中。答案：答案：(1)(1)启动子启动子 标记基因标记基因 终止子终止子(2)(2)受精卵发育的全能性最容易表达受精卵发育的全能性最容易表达(3)(3)分子杂交分子杂交 个体生物学水平鉴定个体生物学水平鉴定 DNADNA分子分子杂交抗原杂交抗原抗体杂交抗体杂交(答对任意两种即可答对任意两种即可)(4)(4)工程菌培养工程菌培养 动物细胞培养动物细胞培养 直接从生物组直接从生物组织、细胞或血液织、细胞或血液 由于受操作条件相对较苛刻等由于受操作条件相对较苛刻等的限制，价格十分昂贵的限制，价格十分昂贵典例典例11.1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、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？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。从生物的组织、细胞或血液中提取。2.2.传统生产方法的缺点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。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三、基因工程药品异军突起3.3.可利用什么方法来解决上述问题？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利用基因工程方法制造转基因的工程菌工程菌，可高，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。效率地生产出各种高质量、低成本的药品。工程菌工程菌:用用基因工程基因工程方法，使外源基因得到方法，使外源基因得到高效率表达的高效率表达的菌类细胞株系菌类细胞株系。基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素如白细胞介素2 2、干扰素）、抗体、疫苗、干扰素）、抗体、疫苗、激素等激素等 胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每中提取，每100kg100kg胰腺只能提取胰腺只能提取4 45g5g胰岛素。胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。远不能满足社会需要。19791979年，科学家年，科学家将动将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNADNA分子重组分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。并在大肠杆菌内实现了表达。19821982年，美国年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了投入市场，售价降低了30%30%50%50%。基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素 治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生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，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。部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，现可利用基因工程方法，将人的生长激素将人的生长激素基因导入大肠杆菌中基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。，使其生产生长激素。人们从人们从 450 L450 L大肠杆菌培养液中提取的生长大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于激素，相当于6 6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种生的一种糖蛋白糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每的白细胞内提取，每300L300L血液只能提取出血液只能提取出1mg1mg干扰素。干扰素。1980198019821982年，科学家年，科学家用基因工程用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素素，是传统的生产量的是传统的生产量的1212万倍。万倍。19871987年上述年上述干扰素大量投放市场。干扰素大量投放市场。基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素利用微生物生产药物的优越性何在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：白质类药物。有以下优越性：（1 1）利用活细胞作为表达系统利用活细胞作为表达系统，表达效率表达效率高，高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（药品。（2 2）可以解决传统制药中原料来源的可以解决传统制药中原料来源的不足不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（物或人体上获取原料。（3 3）降低生产成本降低生产成本，减少生产人员和管理人员。减少生产人员和管理人员。1、基因治疗概念：基因治疗概念：四四、基因治疗曙光初照、基因治疗曙光初照 把把正常基因正常基因导入病人体内，使该基因的表达导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到产物发挥功能，从而达到治疗疾病治疗疾病的目的，是治的目的，是治疗疗遗传病遗传病的最有效的手段。的最有效的手段。（把特定的（把特定的（把特定的（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞外源基因导入有基因缺陷的细胞外源基因导入有基因缺陷的细胞外源基因导入有基因缺陷的细胞中，中，中，中，从而达到治疗疾病的目的）从而达到治疗疾病的目的）从而达到治疗疾病的目的）从而达到治疗疾病的目的）2、实例：、实例：将将腺苷酸脱氨酶基因腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋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。巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。(1)对严重复合型免疫缺陷症的治疗对严重复合型免疫缺陷症的治疗3 3、基因治疗的类型、基因治疗的类型体外基因治疗体外基因治疗：先从病人体内获得某种细：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在胞，进行培养，然后在体外完成基因转移体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。新输入患者体内。体内基因治疗体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移：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）基因转入患者肺组织）4 4、基因治疗的发展现状：、基因治疗的发展现状：处于初期的临床处于初期的临床试验阶段试验阶段5 5、用于基因治疗的基因种类：正常基因、用于基因治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因反义基因和自杀基因DNADNA分子杂交分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。是基因诊断最基本的方法之一。当用一段已知基因的核苷酸序列作为当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配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对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。因序列。知识回顾：基因诊断知识回顾：基因诊断五、基因芯片五、基因芯片 从正常人的基因组中分离出从正常人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以得出病变图谱。芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNADNA信息。信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、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平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。技术。思考与探究思考与探究:根据所学内容，试概括写出基因工程解决了根据所学内容，试概括写出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。哪些生活、生产中难以解决的问题。基因工程可以基因工程可以生产人类需要的药物生产人类需要的药物，如胰岛素、，如胰岛素、干扰素等。我们干扰素等。我们吃的某些食品吃的某些食品如番茄、大豆等也如番茄、大豆等也可以是基因工程产品可以是基因工程产品。农业生产中的。农业生产中的抗虫棉、抗抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆病毒烟草、抗除草剂大豆等都已进入商品化生产，等都已进入商品化生产，上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成本过高。本过高。考题训练考题训练1.AD 2.D 3.ABC 4.（1）全部）全部 部分部分（2）筛选）筛选（3）乙）乙 表达产物表达产物 耐旱性耐旱性（4）同源染色体的一条上）同源染色体的一条上5.（1）逆转录酶）逆转录酶 DNA聚聚合酶合酶 氨基酸氨基酸 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 （2）引物）引物 （目的基因或（目的基因或A基基因）模板因）模板 （3）基因表达载体）基因表达载体 （4）使其）使其成为感受态细胞，使大肠杆菌更容易吸收重成为感受态细胞，使大肠杆菌更容易吸收重组组DNA分子分子6.6.(1)(1)基因基因 将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 启动子启动子终止子终止子 (2)(2)胚胎移植胚胎移植(3)(3)生物安全、环境安全生物安全、环境安全 植物组织培养植物组织培养7.7.(1)(1)目的基因目的基因 从基因文库中获取、从基因文库中获取、PCRPCR技术扩增、人技术扩增、人工合成工合成(2)(2)担心出现滞后效应担心出现滞后效应 担心出现新的过敏原担心出现新的过敏原担心营养成分改变担心营养成分改变(3)(3)生殖隔离生殖隔离 启动子启动子(4)(4)抗生素抗生素 培养液培养液 无菌、无毒无菌、无毒 8.8.(1)(1)基因选择性表达基因选择性表达(2)PCR(2)PCR技术技术 能能 引物引物解旋酶处理或加热解旋酶处理或加热探针与探针与R R基因或基因或r r基因基因 RR RR