基因工程的应用复习

(共26张PPT)
26．（18分）（选修模块3：现代生物科技专题）图为某种质粒表达载体简图，小箭头所指分别为限制性内切酶EcoRI、BamHI的酶切位点，ampR为青霉素抗性基因，tctR为四环素抗性基因，P为启动因子，T为终止子，ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括EcoRI、BamHI在内的多种酶的酶切位点。
青霉素抗性基因
四环素抗性基因
启动子
终止子
复制原点
（1）将含有目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoRI酶切，酶切产物用DNA连接酶进行连接后，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有 、 、 三种。若要从这些连接产物中分离出重组质粒，需要对这些连接产物进行 。
（2）用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞接种到含四环的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是 。
（3）目的基因表达时，RNA聚合酶识别和结合的位点是 ，其合成的产物是 。
（4）在上述实验中，为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接，酶切时应选用的酶时 。
答案：（18分）
（1）目的基因—载体连接物 载体--载体连接物 目的基因--目的基因连接物 分离纯化（每空2分，共8分）（其他合理答案也给分）
（2）载体--载体连接物（2分）；
目的基因--载体连接物（1分）、载体--载体连接物（1分）
（3）启动子 mRNA（每空2分，共4分）
（4）EcoRI和BamHI（2分）（只答一个酶不给分）
从供体细胞的DNA中
直接分离方法：
鸟枪法
（1）鸟枪法的过程：
提取目的基因的途径
反转录法
根据已知氨基酸序列
合成DNA
人工合成
运载体
供体细胞中DNA
许多DNA片段
限制酶
载入
导入
受体细胞
产生特定性状
目的基因
分离
外源DNA
扩增
（3）根据已知氨基酸序列合成DNA的过程
蛋白质的氨基酸序列
mRNA的核苷酸序列
结构基因的核苷酸序列
目的基因
推测
化学合成
推测
（2）反转录法的过程：
目的基因的mRNA
单链DNA
反转录
双链DNA（即目的基因）
合成
基因工程的实际应用领域有：
应用生物：植物、动物、微生物
农牧业、工业、环境、能源、医学卫生等（了解）
一、植物基因工程
转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。
1、抗虫转基因植物
2、抗病转基因植物
3、抗逆转基因植物
4、利用转基因改良植物的品质
（记住）
（记住）
1.抗虫转基因植物
抗虫转基因植物优点：减少环境污染、降低生产成本、提高产量
例子：棉花、水稻、玉米、等等
主要杀虫基因：
典型例子：
使用化学药物的去的缺点：环境污染，损害了人类健康，增加生产成本
（记住）
（记住）
转基因抗虫棉——抗虫机理
Bt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
转基因抗虫棉——Bt毒蛋白基因
（了解）
2.抗病转基因植物
几丁质酶基因、 抗毒素合成基因.（记住）
1.什么是病原微生物？有哪些种类？
引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌等
4.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？
2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？
病毒外壳蛋白基因、 病毒的复制酶基因.（记住）
5、抗真菌转基因植物中可使用的基因
3、实例：抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等（了解）
3.抗逆转基因植物
2.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（记住）
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 （记住）
3.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？
鱼的抗冻蛋白基因（记住）
1.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（了解）
4、抗除草剂基因
4.利用转基因改良植物的品质
你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？
如何用转基因的方法加以改良？
将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物
改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性
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
转基因矮牵牛的目的基因是什么？
植物花青素代谢有关的基因
例子：我国科学家将富含赖氨酸 的蛋白质编码基因导入玉米
二、动物基因工程前景广阔
动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等方面
4、作为器官移植的供体
2、改善畜产品的品质
1、提高动物生长速度
3、生产药物
1.用于提高动物生长速度
原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快
转基因鲤鱼
2.用于改善畜产品的品质
有些人食用牛奶后，对牛奶中的乳糖不能完全消化，也有些人过敏、腹泻、恶心等不适
将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。
解决方法？
3.用转基因的动物生产药物（重点）
将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。
乳腺生物反应器
①获取目的基因（例如血清白蛋白基因）
②构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）
③显微注射导入哺乳动物受精卵中
④形成胚胎
⑤将胚胎送入母体动物
⑥发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。
思考:用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？
（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
方法：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或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官
在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？
药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。
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。
可利用什么方法来解决上述问题？
利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。
三、基因工程药品异军突起
工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。
基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素—2、干扰素）、抗体、疫苗、激素等
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，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。
现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。
基因工程药品 —— 生长激素
　　胰岛素从猪、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！使其价格降低了30%-50%!
基因工程药品 —— 重组人胰岛素
2
DNA
质粒
细菌细胞
DNA
人体细胞
胰岛素基因
限制酶
限制酶
胰岛素
利用生物工程获得胰岛素
1
　　从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！
　　通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取20—40mg干扰素
人造血液及其生产
基因工程药品 —— 干扰素
1、基因治疗概念：
四、基因治疗曙光初照
把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从而达到治疗疾病的目的）
2、实例：
将腺苷酸脱氨酶基因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。
(1)对严重复合型免疫缺陷症的治疗
3、基因治疗的类型
体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。
体内基因治疗：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基因转入患者肺组织）
4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段
基因诊断：
白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针 → 白血病
例子：
原 理：
利用DNA分子杂交原理
是指用放射性同位素(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，鉴定被检测样本上的遗传信息，从而达到检测疾病的目的
DNA分子杂交原理：
DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：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。因此，当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针，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因序列。