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,此处编辑母版单击标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生物（选修,3),现代生物科技专题,专题一：基因工程,第三节 基因工程的应用,生物（选修3)专题一：基因工程第三节 基因工程的应用,一、植物基因工程硕果累累,主要有转基因作物应用：,大豆、玉米、棉花、油菜,已进入大规模商业化应用阶段。,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。,一、植物基因工程硕果累累 主要有转基因作物应用：大豆、,一、植物基因工程硕果累累,1.,抗虫转基因植物,目前用于杀虫的转基因抗虫植物基因有哪些,?,Bt,毒蛋白基因、蛋白酶抵制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。,2.,抗病转基因植物,抗病转基因植物所采用的基因使用最多的是什么,?,抗病毒转基因植物所采用的基因，使用最多的是病毒外壳蛋白,(CP),基因和病毒的复制酶基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因和杭毒素合成基因。,一、植物基因工程硕果累累1.抗虫转基因植物 目前用于杀,造成低产、减产的常见环境因素有哪些,?,使烟草抗盐碱和抗干旱、番茄的耐寒能力提高措施是什么,?,盐碱、干旱，低温、涝害等不利的环境条件是建成低产、减产的常见因素；将调节渗透压基因、鱼的抗冻蛋白质基因导入相应作物中。,一、植物基因工程硕果累累,3.,其他抗逆转基因植物,造成低产、减产的常见环境因素有哪些?使烟草抗盐碱和抗,一、植物基因工程硕果累累,4.,利用转基因改良植物的品质,豆类中哪种必需氨基酸较少,?,大米、玉米、小麦中哪种必需氨基酸较少,?,举例说明科学家如何提高氨基酸的含量,?,豆类含有蛋氨酸比较少，大米、玉米、小麦则含赖氨酸比较少。科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。,一、植物基因工程硕果累累4.利用转基因改良植物的品质,转基因植物与,目的基因,的关系,转基因生物,目的基因,从何来,抗虫棉基因,Bt,毒蛋白基因,苏云金芽孢杆菌,抗病毒转基因小麦,病毒外壳基因和病毒复制酶基因,抗立枯丝核菌,(,真菌,),的烟草,几丁质酶基因和抗毒素合成基因,抗盐碱和干旱作物,调节细胞渗透压的基因,耐寒的番茄,抗冻蛋白基因,鱼,抗除草剂的大豆,抗除草剂基因,富含赖氨酸的转基因玉米,富含赖氨酸的蛋白质编码基因,转基因延迟番茄,控制番茄果实成熟的基因,转基因牵牛花,植物花青素代谢有关的基因,降低乳糖的奶牛,乳糖酶基因,生产胰岛素的工程菌,人胰岛素基因,人,转基因植物与目的基因的关系转基因生物目的基因从何来抗虫棉基因,二、动物基因工程前景广阔,1,、如何利用动物基因工程技术提高动物的生长速率,?,2,、怎样能在其他营养成分不受影响的情况下,降低乳糖的含量,?,3,、目前科学家已在山羊等动物乳腺生物反应器中表达了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和,a-,抗胰蛋白酶,科学家是怎样获得转基因动物的,?,阅读,P20-21,并思考以下问题,:,二、动物基因工程前景广阔1、如何利用动物基因工程技术提高动物,1,、提高动物生长速度,二、动物基因工程前景广阔,原理：由于,外源生长激素基因,的表选可以使转基因动物生长得更快，因此，科学家们将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。,2,、改善畜产品质量,3,、用转基因动物生产药物,(,乳腺（房）生物反应器,),什么是乳腺（房）生物反应器：,转基因动物进入泌乳期后可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品，因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。,1、提高动物生长速度二、动物基因工程前景广阔原理：由于外源生,二、动物基因工程前景广阔,3,、用转基因动物生产药物,(,乳腺（房）生物反应器,),乳腺（房）生物反应器原理：,科学家将药用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，然后，将受精卵,送入,母体内，使其生长发育成转基因动物，转基因动物进入泌乳期后，,提取,乳汁中的药物（基因的选择性表达）,操作过程大致归纳为：,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）。,用动物乳房作为反应器生产的蛋白质比工厂生产优越性体现：,产量高、质量好、成本低、易提取,产物：,抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、,-,抗胰蛋白酶,二、动物基因工程前景广阔3、用转基因动物生产药物(乳腺（房）,二、动物基因工程前景广阔,3,、用转基因动物生产药物,(,乳腺（房）生物反应器,),例,1,、继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：,（,1,）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是,_,。,（,2,）进行基因转移是，通常要将外源基因转,_,中，原因是,。,（,3,）通常采用,技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。,（,4,）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的,细胞中特异表达。,（,5,）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠细胞的,_,转入,_,细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为,。,显微注射,受精卵,受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达,DNA,分子杂交,膀胱上皮,细胞核,去核的卵,核移植（或克隆）,二、动物基因工程前景广阔3、用转基因动物生产药物(乳腺（房）,4.,用转基因的动物作器官移植的供体,二、动物基因工程前景广阔,人器官移植现状态：,人体移植器官短缺。,人器官移植思路：,把目光移向寻求可替代的移植器官，由于猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似，而且猪体内隐藏的，可导致人类疾病的病毒要远远步于灵长类动物，用猪的器官来解决人类器官的来源问题。,人器官移植存在问题：,最大难题是免疫排斥。,解决方法：,科学家正试图利用基因工程方法对猪的器官进行改造，采用的方法是将,器官供体基因组,导人某种调节因子,，以,抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因,，再结台克隆技术，培育出没有,免疫排斥反应,的转基因克隆猪器官。,4.用转基因的动物作器官移植的供体二、动物基因工程前景广阔人,例,2,、器官移植是治疗人类某些疾病的有效治疗方法，如对大面积烧伤病人采取的皮肤移植，肾衰竭病人的肾移植，冠心病人的心脏移植等。下面就器官移植的话题，回答相关问题：英国科学家已经研究用动物的器官作为器官移植的器官来源，科学家发现猪的内脏器官与人的内脏器官大小、形态均差不多，他们从,20,世纪,80,年代就开始研究。研究的重点是改造猪细胞膜。,（,1,）猪细胞膜的基本结构和人的细胞膜是相同的，但其上的,和人细胞膜有很多是不同的。,（,2,）改造猪细胞膜主要是通过,技术进行，具体操作步骤：第一步，获得控制目的基因（人体细胞膜上蛋白质合成的基因），所用,_,。第二步，将目的基因与,_,结合；第三步，将目的基因导入受体细胞，对猪来说，应导入其,_,细胞最有效。在这项技术中，必须使用的两种工具酶是,_,和,_,。,糖蛋白,基因工程,基因文库、反转录法、化学合成法,运载体,受精卵,限制酶,DNA,连接酶,二、动物基因工程前景广阔,4.,用转基因的动物作器官移植的供体,例2、器官移植是治疗人类某些疾病的有效治疗方法，如对,三、基因工程药品异军突起,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。,工程菌,:,用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系,(,例：合成的胰岛素大肠杆菌株,),。,三、基因工程药品异军突起在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素,三、基因工程药品异军突起,实例一：基因工程药品,胰岛素,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。,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%!,实例二：基因工程药品,干扰素,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,2040mg,干扰素,基因工程生产的药品还有那些？其化学本质蛋白质吗？,三、基因工程药品异军突起实例一：基因工程药品 胰岛素,例,3,、,2019,年，科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的,DNA,分子重组，并且在大肠杆菌中表达成功。如右图，请据图回答问题。,(1),此图表示的是采取,_,方法获取,_,基因的过程。,人工合成基因,胰岛素（目的）,(2),图中,DNA,是以,_,为模板，,_,形成单链,DNA,，在酶的作用下合成双链,DNA,，从而获得了所需要的,_,。,(3),图中代表的是,_,酶，在它的作用下将质粒切出,_,末端。,(4),图中代表重组,DNA,，含,_,基因。,(5),图中表示的过程是,_,。,胰岛素,mRNA,逆转录,胰岛素（目的）基因,限制性核酸内切酶,黏性,胰岛素基因,重组,DNA,导入受体细胞,三、基因工程药品异军突起,例3、2019年，科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大,四、基因治疗曙光初照,基因治疗概念：,是把,正常基因,导人病人体内，使该基因的表达,产物发挥功能,，达到治疗疾病的目的。,基因治疗对象：,遗传病,实例：,1990,年,9,月，美国对一名患有严重,复合型免疫缺陷,症的,4,岁女童，实施了基因治疗。复台型免疫缺陷症是一种遗传疾病。女童由于,腺苷酸脱氨酶基因缺失,，造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶；而腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能作用所必需的，因此，女童不能抵抗病原微生物的成胁。,1990,年,9,月，这名女童接受了基因治疗，研究人员将,腺苷酸脱氨酶基因,转入,取自患者的,淋巴细胞,中，使淋巴细胞能够,产生腺苷酸脱氨酶,，然后，再将这种,淋巴细胞,转入,患者体内,。半年后，在血液中检测出了被改造的淋巴细胞，女童体内产生的腺苷酸脱氮酶也越来越多，女童产生抗体的能力显著改善。,四、基因治疗曙光初照基因治疗概念：是把正常基因导人病人体内，,四、基因治疗曙光初照,基因治疗的种类：,1,、体外基因治疗：,从病人体内获取某种细胞进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩大培养，最后重新输入患者体内。,2,、体内基因治疗：,用基因工程的方法，直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法。,四、基因治疗曙光初照基因治疗的种类：2、体内基因治疗：用基因,基因诊断：,也称为,DNA,诊断,或,基因探针技术,，即在,DNA,水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。,探针制备：,放射性同位素,(,如,32,P),、,荧光分子,等,标记,的,DNA,分子；,原 理：利用,DNA,分子杂交,原理；,基因探针：,基因探针就是一段与目的基因或,DNA,互补的,特异核苷酸序列,。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：,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。,四、基因治疗曙光初
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