1.3基因工程的应用(上课)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基因工程的应用,专题基因工程,一,、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应用阶段,?,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,?,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）,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面,.,(,一,),抗虫转基因植物,1.,虫害给农作物带来了哪些影响,?,传统农业如何防治害虫,?,有哪些不足,?,2.,现在已有哪些抗虫植物问世,?,3.,抗虫基因,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,请阅读,P18,生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的抗虫机理。,4.,抗虫棉的目的基因是什么,?,目的基因从何而来,?,5.,我国的转基因抗虫棉取得了哪些进展,?,（二）抗病转基因植物,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,2.,为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？,3.,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（,coat protein,，,CP,）,基因；,病毒的复制酶基因,拓展：在抗病毒转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染？,关于病毒外壳蛋白基因,(CP,基因,),导入植物后的抗病毒机理，目前有几种假说。,一种假说认为,：,CP,基因在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。,另一种假说认为：,植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。然而,最近的研究表明,，如果将病毒的外壳蛋白的,AUG,起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义,RNA,基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是,CP,基因转录出,RNA,后，与入侵病毒,RNA,之间的相互作用起到了抗性作用,。,3.,在抗真菌转基因植物,中,使用什么基因？,几丁质酶基因和抗毒素合成基因,（三）其他抗逆转基因植物,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,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,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,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,4.,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,（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，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称,必需氨基酸,。,必需氨基酸,共有种：,赖氨酸,、,色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸,、,缬氨酸,。,如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。,另外,12,种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸。,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？,与植物花青素代谢有关的基因,转基因蓝玫瑰,异想天开,能发荧光的热带斑马鱼,普通热带斑马鱼是不发荧光的,如何让普通热带斑马鱼也发荧光,?,总结：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。,（,2,）抗逆性品种,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。,二,、动物基因工程前景广阔,（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,导入外源生长激素基因,（二）用于改善畜产品的品质,举例说明,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。,（三）用转基因的动物生产药物,设问,:,就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？,转基因动物的,乳腺,。,（,1,）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代谢反应。,（,2,）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工，具有稳定的生物活性。,（,3,）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。,设问,:,为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,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,乳腺生物反应器的优点：产量高；质量好；成本低；易提取。,获取目的基因（例如血清白蛋白基因）,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）,显微注射导入哺乳动物受精卵中,形成胚胎,将胚胎送入母体动物,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,将,目的基因,导入到动物的受精卵里，目的基因若与受精卵染色体,DNA,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基因，使,性状得以表达,，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？,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。,该过程的重要步骤是通过,感染或显微注射技术,将重组,DNA,转移到动物受精卵中。,1.,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？,从生物的组织、细胞或血液中提取。,2.,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。,三、基因工程药品异军突起,3.,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,工程菌,，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,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,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、牛等家畜的胰腺中提取，每,100kg,胰腺只能提取,4,5g,胰岛素。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。,1979,年，科学家,将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌,DNA,分子重组,，并在大肠杆菌内实现了表达。,1982,年，美国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,30%,50%,。,基因工程药品,胰岛素,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,干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种,糖蛋白,。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的白细胞内提取，每,300L,血液只能提取出,1mg,干扰素。,1980,1982,年，科学家,用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素,，,是传统的生产量的,12,万倍。,1987,年上述干扰素大量投放市场。,基因工程药品,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：,（,1,）,利用活细胞作为表达系统,，,表达效率,高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（,2,）,可以解决传统制药中原料来源的不足,。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。（,3,）,降低生产成本,，减少生产人员和管理人员。,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,1990,年,9,月,14,日，安德森对一例患,ADA,缺乏症的,4,岁女孩进行基因治疗。这个,4,岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产,ADA,，,先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的,10,个月内她又接受了,7,次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。,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,5,、用于基因治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因,DNA,分子杂交,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,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。,知识回顾：基因诊断,五、基因芯片,从正常人的基因组中分离出,DNA,与,DNA,芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出,DNA,与,DNA,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,DNA,信息。,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技术。,思考与探究,:,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。,基因工程可以,生产人类需要的药物,，如胰岛素、干扰素等。我们,吃的某些食品,如番茄、大豆等也,可以是基因工程产品,。农业生产中的,抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆,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本过高。,