基因工程及其应用课件.ppt

基因工程及其应用,第六章第2节,基因工程：即。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，地改造生物的。,原理：,操作水平：,结果：,一、基因工程,基因重组,DNA分子水平,定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。,基因拼接技术或DNA重组技术,定向,遗传性状,目的基因,获得新性状,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？,（二）基因操作的工具,关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：,基因的剪刀限制性内切酶基因的针线DNA连接酶基因的运载工具运载体,1、基因工程的,DNA限制性内切酶(限制酶),主要存在于微生物,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定切点切割DNA分子,已发现的有200多种,作用于：,磷酸二酯键,A,G,C,T,A,G,C,T,P,P,P,P,脱氧核糖,（1）DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋成双螺旋结构。,脱氧核苷酸链,脱氧核苷酸链,脱氧核糖,P,脱氧核苷酸,磷酸二酯键,限制性内切酶（EcoR）作用过程,EcoRI剪切目的基因,黏性末端,被同一种限制酶切断的两个DNA是否具有相同的黏性末端？,思考:,形成的黏性末端不同,不同的限制酶呢？,具有,甲片段,DNA连接酶的作用位点是：相邻的两个脱氧核苷酸的切口。即生成：磷酸二酯键。,2、基因工程的,2、基因工程的,DNA连接酶,作用：,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DNA分子,DNA连接酶的作用过程,3、基因的运载体,（3）条件,能够在宿主细胞中复制并稳定地保存,具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接,具有标记基因，便于进行筛选,（2）常用的运载体：,质粒、噬菌体和动、植物病毒等,（1）概念,标记基因，便于进行检测。,质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是能够自主复制的很小的环状DNA分子。,作为基因的运输工具运载体，必需具备的条件之一及理由是（）A、能在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因B、具有多个限制酶切点，以便目的基因表达C、具某些标记基因，以便于为目的基因的表达提供条件D、能在宿主细胞中复制并稳定保存，以便进行筛选,A,从细胞中分离出DNA,从大肠杆菌中提取质粒,提取目的基因,目的基因与运载体结合,DNA连接酶,目的基因导入受体细胞,目的基因的检测与鉴定,三、基因工程操作的基本步骤,抗虫棉,抗CMV甜椒,抗虫原理？抗虫结果？,四、基因工程的应用,1、基因工程与作物育种,生长快、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,2、基因工程与药物研制,我国生产的部分基因工程疫苗和药物,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。,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。,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%!,临床常见的生长激素，干扰素和乙肝疫苗等药物都可以用基因工程来大规模生产,1987年开始上市的干扰素,生产胰岛素历史？,基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种假单孢杆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”却能分解石油中的多种烃类化合物。,科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质的细菌。,3、环境污染治理,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。,例1.基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和改造沙漠方面显示了良好的前景,荷兰一家公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物(如甜菜、马铃薯等)中并获得有效表达，使“工程植物”增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：,（2）基因表达的含义是：,（3）写出酶基因工程在植物体内的表达过程：,（4）基因工程操作中的工具是：,海藻糖合成酶基因的获取,目的基因与运载体结合,将目的基因导入受体细胞,目的基因的表达和检测,基因通过转录、翻译合成蛋白质，体现出相应的性状,限制性核酸内切酶；DNA连接酶；运载体,操作复杂，难度大,目的性强，育种时间短，克服了远缘杂交的障碍,基因重组,基因工程育种小结：,1、原理：2、主要操作过程：3、优点：4、缺点：,1.目的基因的提取2.目的基因与运载体结合3.目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测与表达,转基因食品,安全吗?!,转基因植物的安全性争论,支持派认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。,美国人食用转基因食品已多年，超级市场上有4000多种商品是含有转基因植物成分的，还没有事例证明人吃了以后会得病，甚至会引起死亡。加拿大、澳大利亚也是转基因食品的生产大国，均有几千万人在吃，到现在为止也没有个案例说明它有问题。,反对派的观点,一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能；美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。,环保团体认为这种违反自然的转基因作物及产品，未经长期安全测试，长期食用可能对人类及生态环境造成负面影响。尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家，对转基因作物更加排斥，因而抵制美国GMO产品的进口。,基因工程的操作工具,1.基因的剪刀限制酶,2.基因的针线连接酶,3.基因的运输工具运载体,基因工程的操作步骤,1.目的基因的提取,2.目的基因与运载体结合,3.目的基因导入受体细胞,4.目的基因的检测与鉴定,小结,一、基因工程的原理,二、基因工程的应用,三、转基因和转基因食品的安全性,1.人体某蛋白质在细胞中合成后必须经过内质网和高尔基体的进一步加工方能分泌到细胞外，欲通过转基因技术使编码该蛋白质的基因得以表达最终获得成熟蛋白，下列适于充当受体细胞的是()A大肠杆菌B酵母菌C噬菌体D质粒,B,课堂练习,6.1978年美国科学家利用转基因技术，将人类的胰岛素基因拼接到大肠杆菌DNA中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产出人类胰岛素药物。请回答：从分子结构看，细菌中的质粒是一种；质粒能随细菌的细胞分裂而增加，质粒这种增殖方式在遗传学上称为。基因工程中常采用质粒作为。,DNA,DNA复制,运载体,拼接到大肠杆菌DNA中的人胰岛素基因与人体细胞中的胰岛素基因是否相同？为什么？人的胰岛素基因能在大肠杆菌细胞中表达，合成人的胰岛素，说明不同生物。,不同，体细胞中的胰岛素基因上含有内含子，而拼接到大肠杆菌DNA上的胰岛素基因是经过加工的，上面不含内含子。,共用一套密码子,请回答：图中外源基因由提供，受体细胞由提供。外源基因成功表达的过程为。,7.现在，许多发达的国家采用基因疗法来治疗糖尿病，其操作过程如图所示。,健康人,病人,DNARNA蛋白质,（胰岛素）,习题答案,基础题1.基因工程的操作通常包括以下4步：（1）获得目的基因（外源基因）；（2）目的基因与运载体结合，形成重组DNA分子；（3）将重组DNA分子导入受体细胞；（4）目的基因的检测与表达。2.,3.常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植物病毒等。,拓展题1.提示：这是因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一致的。细菌和人的遗传物质都是DNA，都使用同一套遗传密码子，都遵循中心法则。因此，通过基因重组，细菌能够合成人体的某些蛋白质。2.提示：例如，可以向客户说明农场具备相应的安全检测设施和措施，已经领取了农业转基因生物安全证书，产品中所含有的成分都是自然界天然存在的物质，产品经过试用表明对人体无害等。3.提示：例如，“转基因土豆肝炎患者的希望！”等。,