基因工程与转基因生物学习教案

会计学1基因工程与转基因生物基因工程与转基因生物第一页，编辑于星期一：九点 四十七分。第1页/共34页第二页，编辑于星期一：九点 四十七分。第一节第一节 基因工程概述基因工程概述一、基因工程的概念：一、基因工程的概念：基因工程，确切地讲就是重组基因工程，确切地讲就是重组DNADNA技术，指技术，指在体外将不同来源的在体外将不同来源的DNADNA进行剪切和重组，形成进行剪切和重组，形成杂合杂合DNADNA或称嵌合或称嵌合DNADNA分子，然后将其导入特定的分子，然后将其导入特定的宿主细胞，得到大量扩增和表达，使宿主细胞获宿主细胞，得到大量扩增和表达，使宿主细胞获得新的遗传特性，产生新的基因产物。得新的遗传特性，产生新的基因产物。第2页/共34页第三页，编辑于星期一：九点 四十七分。1.1.什么叫基因什么叫基因？思考讨论思考讨论3.3.遗传信息是如遗传信息是如何表达的？何表达的？2.2.基因、基因、DNADNA、染色体、染色体之间是怎样的关系？之间是怎样的关系？第3页/共34页第四页，编辑于星期一：九点 四十七分。基因操作的工具基因操作的工具1.1.基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（限制酶，俗限制性内切酶（限制酶，俗称化学剪刀）称化学剪刀）一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将列，并在特定的切割点上将DNADNA分子切断（分子切断（专一专一性性）。目前已发现的限制酶有）。目前已发现的限制酶有200200多种。多种。第4页/共34页第五页，编辑于星期一：九点 四十七分。第5页/共34页第六页，编辑于星期一：九点 四十七分。DNADNA被限制酶切断后有两个反向互补的被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末黏性末端端”。被同一种限制切断的几个。被同一种限制切断的几个DNADNA具有相同的黏性具有相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。末端，能够通过互补进行配对。第6页/共34页第七页，编辑于星期一：九点 四十七分。、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶（连接酶（俗称化学浆糊）俗称化学浆糊）连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的连接起来，使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。第7页/共34页第八页，编辑于星期一：九点 四十七分。3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体（俗运载体（俗称分子运输车）称分子运输车）目的基因无法直接进入另种生物受体细胞。运载体目的基因无法直接进入另种生物受体细胞。运载体必须同时满足三个要求：必须同时满足三个要求：能与目的基因结合；能与目的基因结合；能能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；达；比较容易得到。比较容易得到。第8页/共34页第九页，编辑于星期一：九点 四十七分。第9页/共34页第十页，编辑于星期一：九点 四十七分。基因工程的基本程序基因工程的基本程序质粒：环状质粒：环状DNADNA分子，它的分子量较小，可以自由分子，它的分子量较小，可以自由地进入细菌细胞，还能独立自主地复制，具有一套地进入细菌细胞，还能独立自主地复制，具有一套与细胞核染色体相对独立的遗传信息。与细胞核染色体相对独立的遗传信息。载体质粒载体质粒外源外源DNADNA片段片段外源外源DNADNA插入插入剪切剪切引入宿主细胞引入宿主细胞选出含有重组选出含有重组DNADNA的细胞扩增的细胞扩增abbAAb第10页/共34页第十一页，编辑于星期一：九点 四十七分。基因工程基本步骤基因工程基本步骤确定目的基因在DNA分子上的位置运用限制性核酸内切酶（简称限制酶）切割DNA分子而获得第11页/共34页第十二页，编辑于星期一：九点 四十七分。1 1能在宿主细胞内复制并稳定的保存能在宿主细胞内复制并稳定的保存2 2具有多个限制酶切点，具有多个限制酶切点，3 3具有某些标记基因具有某些标记基因运载体的选择运载体的选择第二步：目的基因与运载体结合第二步：目的基因与运载体结合第12页/共34页第十三页，编辑于星期一：九点 四十七分。2 2、目的基因与运载体重组、目的基因与运载体重组用与提取目用与提取目的基因相同的限的基因相同的限制酶切割质粒使制酶切割质粒使之出现一个切口之出现一个切口，将目的基因插，将目的基因插入切口处，让目入切口处，让目的基因的黏性末的基因的黏性末端与切口上的黏端与切口上的黏性末端互补配对性末端互补配对后，在连接酶的后，在连接酶的作用下连接形成作用下连接形成重组重组DNADNA分子。分子。第13页/共34页第十四页，编辑于星期一：九点 四十七分。第14页/共34页第十五页，编辑于星期一：九点 四十七分。第三步：重组第三步：重组DNA导入受体细胞导入受体细胞 通过运载体把目的基因带入某生物体内，并使目的基因在受体细胞内能准确地转录和翻译。导入导入扩增扩增 为使重组的为使重组的DNADNA分子更容易进入受分子更容易进入受体细胞，通常要用体细胞，通常要用CaClCaCl2 2对受体细菌进对受体细菌进行处理，使受体细菌行处理，使受体细菌具有更大的通透性。具有更大的通透性。第15页/共34页第十六页，编辑于星期一：九点 四十七分。4 4、筛选含目的基因的受体细胞、筛选含目的基因的受体细胞大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。检测出来。将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。保留有表达产物的进一步培养、研究。无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物第16页/共34页第十七页，编辑于星期一：九点 四十七分。阐述什么是基因工程第17页/共34页第十八页，编辑于星期一：九点 四十七分。第18页/共34页第十九页，编辑于星期一：九点 四十七分。三、基因工程发展史三、基因工程发展史基因工程是一项新兴的工程技术，它的诞生需要理论和技术上的支持：基因工程是一项新兴的工程技术，它的诞生需要理论和技术上的支持：1.1.理论上的三大发现：理论上的三大发现：证明了生物的遗传物质是证明了生物的遗传物质是DNADNA（基因工程的先导）（基因工程的先导）DNA DNA的双螺旋结构和半保留复制机理的双螺旋结构和半保留复制机理 遗传信息的传递方式（中心法则）和三联体密码子系统的建立遗传信息的传递方式（中心法则）和三联体密码子系统的建立2.2.技术上的三大发现技术上的三大发现 限制性内切酶和限制性内切酶和DNADNA连接酶的发现（标志着连接酶的发现（标志着DNADNA重组时代的开始）重组时代的开始）载体的使用载体的使用 1970 1970年，逆转录酶的发现。年，逆转录酶的发现。第19页/共34页第二十页，编辑于星期一：九点 四十七分。1973 1973年，年，CohenCohen等获得了抗四环素和新霉素的重组等获得了抗四环素和新霉素的重组菌落菌落TcrNerTcrNer，标志着基因工程的诞生。，标志着基因工程的诞生。3.3.基因工程的腾飞：基因工程的腾飞：19821982年，美国人，大鼠生长激素年，美国人，大鼠生长激素基因转入小鼠；基因转入小鼠；19831983年，美国人，年，美国人，TiTi质粒导入植物细胞（细菌质粒导入植物细胞（细菌NeorNeor基基因）因）19901990年，美国人，腺苷脱氨酶（年，美国人，腺苷脱氨酶（ADAADA）基因治疗，）基因治疗，重度联合免疫缺陷症（重度联合免疫缺陷症（SDIDSDID）19911991年，美国倡导，人类基因组计划年，美国倡导，人类基因组计划109bp109bp，1515年时间年时间3030亿亿USD USD 第20页/共34页第二十一页，编辑于星期一：九点 四十七分。把大鼠生长因子转入小鼠得到巨大型的转基因小鼠。第21页/共34页第二十二页，编辑于星期一：九点 四十七分。四、基因工程的研究意义四、基因工程的研究意义 基因工程可以绕过远缘有性杂交的困难，使基因在微生物、基因工程可以绕过远缘有性杂交的困难，使基因在微生物、植物、动物之间交流，迅速并定向的获得人类需要的新的生物植物、动物之间交流，迅速并定向的获得人类需要的新的生物类型类型 。概括地讲，其意义体现在以下三个方面：概括地讲，其意义体现在以下三个方面：大规模生产生物分子；大规模生产生物分子；设计构建新物种；设计构建新物种；搜集、分离、鉴定生物信息资源搜集、分离、鉴定生物信息资源 第22页/共34页第二十三页，编辑于星期一：九点 四十七分。在医药卫生方面在医药卫生方面第23页/共34页第二十四页，编辑于星期一：九点 四十七分。、基因工程与医药卫生、基因工程与医药卫生我国生产的部分基因我国生产的部分基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物 基因工程药基因工程药品的生产品的生产许多药品的生产许多药品的生产是从生物组织中提取是从生物组织中提取的。受材料来源限制的。受材料来源限制产量有限，其价格往产量有限，其价格往往十分昂贵。往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。产量问题，还能大大降低生产成本。第24页/共34页第二十五页，编辑于星期一：九点 四十七分。胰岛素从猪、牛等动物的胰腺胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。可想而知。将合成的胰岛素基将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每因导入大肠杆菌，每2000L2000L培养液就能产生培养液就能产生100g100g胰岛素！使其价胰岛素！使其价格降低了格降低了30%-50%!30%-50%!第25页/共34页第二十六页，编辑于星期一：九点 四十七分。从人血中提取干扰素从人血中提取干扰素，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！通过基因工程的通过基因工程的方式创造了能合成人方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，干扰素的大肠杆菌，每每1Kg1Kg的培养液可提的培养液可提取取202040mg40mg干扰素干扰素人造血液及其生产人造血液及其生产第26页/共34页第二十七页，编辑于星期一：九点 四十七分。第27页/共34页第二十八页，编辑于星期一：九点 四十七分。1.增加农作物产品的营养价值增加农作物产品的营养价值2.提高农作物抗逆性能提高农作物抗逆性能4.生物固氮的基因工程。生物固氮的基因工程。5.运用转基因动物的技术，可培育畜牧业新品种。运用转基因动物的技术，可培育畜牧业新品种。6.为为人类开辟新的食物来源。人类开辟新的食物来源。农牧业、食品工业方面的应用农牧业、食品工业方面的应用第28页/共34页第二十九页，编辑于星期一：九点 四十七分。基因工程与环境保护基因工程与环境保护1 用于环境监测用于环境监测2 用于被污染环境的净化用于被污染环境的净化“吃油的吃油的”工程菌工程菌第29页/共34页第三十页，编辑于星期一：九点 四十七分。环境污染治理：环境污染治理：基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分能吞食和分解多种污染环境的物质。解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDTDDT等毒害物质。等毒害物质。第30页/共34页第三十一页，编辑于星期一：九点 四十七分。、基因工程与农牧业、食品工业、基因工程与农牧业、食品工业生长快、肉质好的转基生长快、肉质好的转基因鱼因鱼(中国中国)乳汁中含有人生长激素乳汁中含有人生长激素的转基因牛的转基因牛(阿根廷阿根廷)第31页/共34页第三十二页，编辑于星期一：九点 四十七分。转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄第32页/共34页第三十三页，编辑于星期一：九点 四十七分。第33页/共34页第三十四页，编辑于星期一：九点 四十七分。