基因工程[上学期]

课件43张PPT。遗传与基因工程基因工程简介温故知新生物体的不同性状是怎样形成的？科学家于20世纪70年代创立了能够定向改造生物的新技术——基因工程。基因工程的基本内容 基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。 例：基因工程培育抗虫棉的简要过程苏云金芽孢杆菌（有抗虫特性）抗虫基因普通棉花（无抗虫特性）棉花细胞（含抗虫基因）导入与运载体DNA拼接棉花植株（有抗虫特性）要解决的问题：基因操作的工具基因的剪刀——限制性内切酶（限制酶）基因的针线——DNA连接酶 基因的运输工具——运载体（一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子） 必须具备的条件：
能在宿主细胞内复制并稳定地保存。
具有多个限制酶切点。
具有某些标记基因：例：质粒、噬菌体和动植物病毒基因操作的基本步骤1、提取目的基因2、目的基因与运载体结合3、将目的基因导入受体细胞4、目的基因的检测和表达⑴直接分离基因——鸟枪法⑵人工合成基因——逆转录法、化学合成法质粒、限制酶、DNA连接酶主要借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径检测：检测标记基因的有无表达：是否表现出特定性状基因工程的成果与发展前景 基因工程与医药卫生生产基因工程药品用于基因诊断与基因治疗 基因工程与农牧业、食品工业培育高产、稳产和具有优良品质的动植物新品种培育具有各种抗逆性的动植物新品种为人类开辟新的食物来源基因工程与环境保护环境监测被污染环境的净化例题解析1、有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。
2、大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。
3、如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。基因工程的弊端　　 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！祝同学们，将来在这一
领域有所作为！生物体的不同性状是通过基因的特异性表达而形成的。青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮家蚕能够吐出蚕丝限制酶基因的剪刀──限制性内切酶结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。
分布：主要在微生物中。特点：特异性，识别特定核苷酸序列，切割特定切点。 被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对，这样的切口叫做黏性末端。基因的针线──DNA连接酶　　作用：将互补配对的两个黏性末端缝隙连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键。3.种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。1.作用：将外源基因导入受体细胞。2.条件：
能在宿主细胞内复制并稳定地保存。
具有多个限制酶切点。
具有某些标记基因：
对抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因基因的运输工具——运载体最常用的运载体——质粒分布：存在于许多细菌以及酵母菌等生物中。最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。本质：细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子。
只有普通细菌染色体DNA的百分之一左右。质粒能够“友好”地“借居”在宿主细胞中。一般来说，质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性的作用，但是，质粒的复制则只能在宿主细胞内完成。大肠杆菌的质粒常含有抗药基因。1、提取目的基因的方法⑴直接分离基因——鸟枪法供体细胞中DNA许多DNA片段运载体不同受体细胞目的基因含目的基因的细胞优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性。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①逆转录法：目的基因的mRNA单链DNA双链DNA（目的基因）②直接合成法：蛋白质的氨基酸序列mRNA序列结构基因的核苷酸序列目的基因2、目的基因与运载体结合重组DNA分子
（重组质粒）以质粒为运载体3、将目的基因导入受体细胞进行扩增导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌受体细胞：细菌细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞目的基因随受体细胞的繁殖而复制4、目的基因的检测和表达检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达　　例：用棉叶饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明抗虫基因得到表达。⑴生产基因工程药品胰岛素——治疗糖尿病的特效药。干扰素——抗病毒的特效药。人造血液及其生产白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子、人造血液代用品疫苗：
乙肝、狂犬病、百日咳、霍乱、伤寒、疟疾基因工程药品2、基因诊断 基因诊断是用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。基因探针 基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的特定核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。DNA分子杂交原理： 互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基互补配对进行。 1）β—珠蛋白的DNA探针 → 镰刀状细胞贫血症
2）苯丙氨酸羧化酶基因探针 → 苯丙酮尿症
3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的
DNA探针 → 白血病诊断遗传性疾病举例病毒的检测——肝炎病毒、肠道病毒、
单纯疱疹病毒 基因芯片技术是同时将大量的探针固定在一块面积很小的硅片、玻片或尼龙膜上而构成基因芯片。可以一次性对大量序列进行检测和基因分析。基因芯片3、基因治疗基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。 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体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。 2）抗逆性品种基因工程在农业上的应用：1）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蛋白质含量。如“向日葵豆”植株。 用口径为1μm的DNA注射器，将大量的目的基因片段注入到受精卵的核内，然后把经过注射的受精卵移植到另一只雌性动物的子宫内，使受精卵发育为转基因动物。什么叫显微注射技术？ 将特定基因与病毒DNA构成重组DNA ，通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。基因工程在畜牧养殖业上的应用 1、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。基因工程在畜牧养殖业上的应用生长快、肉质好的转基因鱼(中国) 2、利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达，从这些动物的乳腺细胞中获得人类所需要的各种物质，如激素、抗体及酶类等。基因工程在畜牧养殖业上的应用基因工程与食品业基因工程为人类开辟新的食物来源。
1）鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。
2）用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。基因工程与环境保护⑴　环境监测：　　用DNA探针检测环境中的病毒、细菌等污染。快速灵敏　利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。⑵　环境污染治理： 1）用基因工程产物——“超级细菌”分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。 3）通过基因重组构建新的杀虫剂，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程回收和利用工业废物。 2）用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。 例题解析
1、? 农业上大量使用化肥存在许多负面影响，“生物固氮”已成为一项重要研究课题，实验证明，生物固氮是某些微生物（如根瘤菌、蓝藻等）将空气中的N2固定为NH3的过程。
（1）与人工合成NH3所需的高温、高压条件相比，生物固氮的顺利进行是因为根瘤菌、蓝藻体内含有特定的 ，这类物质的化学本质是 。
（2）人们正在着力研究转基因固氮植物（如固氮水稻、固氮小麦等），某科学家将根瘤菌、细胞中的固氮基因，通过基因工程方法转移到水稻植株细胞中，经检测，转基因水稻具备了固氮功能。据上述材料分析：
①固氮基因已经整合到水稻细胞的 中。
②写出水稻细胞中固氮基因得到表达的反应式。酶蛋白质DNA 转录 翻译
DNA（固氮基因） RNA 蛋白质（1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的 ，并使之与一种叫做质粒的DNA结合，然后移植到酵母菌内，从而用酵母菌来 。
（2）酵母菌能用 方式繁殖，速度很快，所以，能在较短的时间内大量生产 。利用这种方法不仅产量高，并且成本也较低。基因产生干扰素出芽干扰素2、干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取0.05μg干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：3、细菌通常是具有双链环状DNA的单细胞生物。现有甲、乙两种细菌，基因型分别是abd和ABD，通过基因工程使甲细菌后代产生出乙细菌B基因所控制的产物，具体过程如图所示，试据图回答。（1）从细胞的结构看，细菌属于 生物。
（2）图中剪切DNA的“剪刀”和粘接DNA的“胶水”，其实是两种不同的酶，它们都只能在DNA的一定位置进行剪切和粘接，说明它们具有 的特点。
（3）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异来源看，这是人工条件下的一种 。
（4）假如B基因是来自人体细胞，则甲子代也可产生出相应的人体物质，这说明在翻译过程中，细菌和人类共套 。
（5）在DNA分子中“拼接”上某个基因或“切割”掉某个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因具有 原核专一性基因重组遗传密码相对的独立性4、“人类基因组计划”的研究工作已经历时10年，投资近百亿美元。一开始它是一项“国际参与，免费分享”的国际合作研究项目，现在由于其潜在的巨大经济价值，使得它还未完成时，争抢就已经开始，而且愈演愈烈的趋势。起步本已较晚的我国生物科技人员还面临着经费严重不足等巨大困难，但是他们说：“我们的民族已经在信息产业的上游-----软件和硬件上受制于人，我们再也不能让我们的子孙后代在这个领域付出代价！”当该课题组的杨焕明、汪键在没有研究经费的情况下找袁隆平帮忙时，袁隆平爽快地道：“拿合同来”。（1）从细胞学上讲，基因的载体是 其排列特点是 。
（2）文中的“基因序列”指 ，因为它代表控制生命活动的全套 ，所以基因序列的测定对于探索生命奥秘意义重大：（3）“编码基因”一词中的“编码”，是指为生命活动的体现者 编码。（4）文中袁隆平是我国的 专家，他使用的方法主要是 。（5）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点
是 和 的障碍。染色体线性排列基因脱氧核苷酸的排列顺序遗传密码蛋白质杂交育种缩短育种时间克服远缘杂交5、在药品生产中，有些药品如干扰素、白细胞介素、凝血因子等，以前主要是从生物体的组织、细胞、血液中提取的，由于受原料来源限制，价格十分昂贵，而且产量低，临床供应明显不足。自20世纪70年代遗传工程发展以来，人们逐步地在人体内发现了相应的目的基因，使之与质粒形成重组的DNA分子，并以重组DNA引入大肠杆菌，最后利用这些工程菌，可以高效地生产出上述各种高质量低成本的药品，请分析回答：⑴在基因工程中质粒是一种最常用的 ，它广泛地存在于
细胞中，是一种很小的 分子。⑵在用目的基因与质粒形成重组DNA过程中，一般要用到的
工具酶是 和 。⑶将含有“某激素基因”的质粒导入细菌细胞后，能在细菌细胞内
直接指导合成“某激素”，则该激素在细菌体内的合成包括 和 两个阶段。⑷细菌中质粒能由一个变成两个，二个变成四个……，质粒的这
种合成方式在分子遗传学上称为 。 ⑸在将质粒导入细菌时，一般要用 处理细菌，以增 大 。基因的运载体 细菌 DNA 限制性内切酶 DNA连接酶 转录 翻译 半保留复制 氯化钙 细菌细胞壁的通透性A有人把蚕的DNA分离出来，用一种酶“剪切”下制造丝蛋白的基因，再从细菌细胞中提取出一种叫“质粒”的DNA分子，把它和⑴ A段实验结果的细菌具有产生蚕丝的本领，说明 蚕的丝蛋白基因在细菌体内得以表达 B法国科学家发现，玉米、烟草等植物含有类似人体血红蛋白的基因，如加入Fe原子，就可以制造出人的血红蛋白，从而由植物提供医疗中所需要的人体血液。 ⑶B段中玉米、烟草基因生产人类血红蛋白为什么要加入“Fe”原子？人的血红蛋白是一种含Fe的蛋白质 植物中含有类似人类血红蛋白基因，从进化上看，说明 植物和动物之间有一定的亲缘关系，是由共同的祖先进化而来的 丝蛋白基因拼结在一起再送回细菌细胞中，结果此细菌就有产生蚕丝的本领。 C瑞土科学家找到一个与果蝇眼睛形成有关的基因，将此基因注入果蝇幼虫不同细胞以后，果蝇的翅和其它部位都长出了眼睛。为人造“器官”，供移植使用提供了可能。 D1991年，我国复旦大学遗传所科学家成功地进行了世界上首例用基因疗法治疗血友病的临床实验；我国科学家还将通过将高等动物生长激素基因称入泥鳅的受精卵，获得比普通泥鳅重三倍的在泥鳅。 ⑷瑞士科学家的实验说明 ； 我国“863”计划15周年成果展览中类似的实例是 。简单的基因可决定复杂的器官形成 背上长人耳的老鼠 ⑸人类基因组测定了人体中 条染色体的基因序列， D段中血友病基因疗法中有关的染色体是 染色体；我国科学家培育出的大泥鳅称为 产品，你认为，此类产品的推广应做到 。 24 X 转基因 在不破坏整个生态环境的前提下积极探索，谨慎推广 E江苏农科院开展“转基因抗虫棉”的科技攻关研究，成功地将有关基因导入棉花细胞中，得到棉花新品种，对棉铃虫等害虫毒杀效果高达80%~100%。 ⑹“转基因抗虫棉”抗害虫的遗传信息传递可以表示为 。 该项科技成果在环境保护上的重要作用 。 减少农药污染，保护生态平衡 科学这们预言，此种“转基因抗虫棉”独立种植若干代后也将出现不抗虫的现象，原因是 基因突变所有这些实验统称 工程，所有这些实验结果，
有没有产生前所末有的新蛋白质？ 基因 没有