6.2基因工程及其應(yīng)用

1、基因工程及其應(yīng)用,第2節(jié),,,學(xué)習(xí)目標：簡述基因工程的基本原理；舉例說出基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用；關(guān)注轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性。 學(xué)習(xí)重點： 基因工程的基本原理；基因工程的安全性問題。 學(xué)習(xí)難點： 基因工程的基本原理；轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性。,3,原 理：,操作水平：,結(jié) 果：,目的基因,基因重組,DNA分子水平,定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。,,獲得新性狀,基因工程

2、：又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。獲得人類所需要的品種。,一、基因工程的概念,培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的簡要過程：,你認為上述培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟有哪些？,普通大腸桿菌(不能分泌胰島素),實例展示,培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟：,基因操作的工具,1、基因工程的,指“ 限制性核酸內(nèi)切酶 ”,主要存在于微生

3、物,一種限切酶只能識別一種特定的核苷酸序列,并在特定切點切割DNA分子,已發(fā)現(xiàn)的有200多種,作用位點：,磷酸二酯鍵,結(jié)果:,產(chǎn)生黏性末端,幾種常用限制性內(nèi)切酶及其酶切位點,專一性,,,限制酶,,,,,磷酸二酯鍵,例如：大腸桿菌(E.coli)的一種限制酶能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開,黏性末端,黏性末端,,,,限制酶,什么叫黏性末端？,被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間正好互補配對，這樣的切

4、口叫黏性末端。,,基因的針線DNA連接酶,磷酸二酯鍵,,磷酸二酯鍵,,2、基因工程的,指“DNA連接酶”,將互補配對的兩個粘性末端連接起來，使之成為一個完整的DNA分子,13,DNA連接酶,DNA連接酶的作用位點是：將互補配對的兩個黏性末端，即相鄰的兩個脫氧核苷酸的切口連接起來，使之成為一個完整的DNA分子。（即生成：磷酸二酯鍵。）,,,,DNA連接酶和DNA聚合酶是有區(qū)別嗎？,有區(qū)別。 DNA連接酶和DNA聚合酶均是催化成磷酸二

5、酯鍵。兩者的差別主要體現(xiàn)在：（1）DNA聚合酶只能將單個核苷酸相連，DNA連接酶是在兩個DNA片段之間形成鍵。（2）DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，DNA連接酶是將DNA雙鏈的兩個缺口同時連接起來。,15,,3.基因的運輸工具——運載體將外源基因送入受體細胞的運輸工具,常用的運載體:質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等,標記基因,便于進行檢測。,質(zhì)粒存在于許多細菌和酵母菌等生物的細胞中,是擬核或細胞核外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分

6、子。,,抗生素抗性基因,作為運載體必須具備哪些條件？,1）能夠在宿主細胞中自我復(fù)制并穩(wěn)定地保存。2）具多個限制酶切點，以便與外源基因連接。3）具有某些標記基因，便于進行篩選。如抗菌素的抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因等。4）對受體細胞無害、易分離,1、細胞染色體（或擬核DNA分子）外能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子；2、質(zhì)粒的存在對宿主細胞無影響；3、質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細胞內(nèi)完成。,質(zhì)?？勺鳛橛泻翁攸c？,從細胞中分離出DNA

7、,從大腸桿菌中提取質(zhì)粒,,提取目的基因,目的基因與運載體結(jié)合,,DNA連 接酶,目的基因?qū)胧荏w細胞,,目的基因的表達與檢測,基因工程操作的基本步驟,舉例說明什么是目的基因？什么是供體細胞﹑受體細胞？怎樣確定目的基因是否導(dǎo)入？,三、基因工程的操作步驟,1、獲取目的基因,基因工程的第一步，是取得人們所需要的特定基因，也就是目的基因如抗蟲基因、人的胰島素基因、干擾素基因等都是目的基因。,1、直接分離基因2、人工合成基因,目的基因的

8、提取方法,,2、目的基因與運載體結(jié)合,用與提取目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個切口，將目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互補配對后，在連接酶的作用下連接形成重組DNA分子。,細菌,,供體細胞,取出質(zhì)粒,取出 DNA,用限制酶切斷DNA,用連接酶連接目 的基因,3、將目的基因?qū)胧荏w細胞,將重組DNA導(dǎo)入受體細胞,擴增,4、目的基因的檢測和鑒定,大量的受體細胞接受不多的目的基因。處理的受體細胞中真正攝入

9、了目的基因的很少，必須將它從中檢測出來。將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中是否有目的基因的表達產(chǎn)物。淘汰無表達產(chǎn)物的菌落，保留有表達產(chǎn)物的進一步培養(yǎng)、研究。,無表達產(chǎn)物,無表達產(chǎn)物,有表達產(chǎn)物,無表達產(chǎn)物,,課堂小結(jié)：,,,基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù),基因重組,DNA或基因,DNA分子水平,限制酶、DNA連接酶、運載體,（1）提取目的基因（2）目的基因與運載體結(jié)合 （3）將目的基因?qū)胧荏w細胞（4）目的基因的檢測與表達

10、,人類需要的基因產(chǎn)物,,,你知道什么是真正的碩果累累嗎?,轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品知多少,抗蟲棉,抗CMV甜椒,1、基因工程與作物育種,目的性強、克服遠源雜交不親和性、育種周期短,生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國),乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷),2、基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用,轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒,3、基因工程與藥物研制,我國生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物,許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴

11、。,微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。,轉(zhuǎn)基因抗乙肝西紅柿(中國)，雖然不能治愈乙肝，但一年只吃幾個抗乙肝西紅柿，就完全能代替注射乙肝疫苗?？挂腋挝骷t柿屬于轉(zhuǎn)基因食品，就是將乙肝疫苗植入西紅柿內(nèi)，經(jīng)過多代繁殖，使轉(zhuǎn)入的基因穩(wěn)定化。,用轉(zhuǎn)基因的植物生產(chǎn)藥物,胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4

12、-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。,將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價格降低了30%-50%!,基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。,通常一種假單孢桿菌只能分解石油中的一種烴類．用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。,科學(xué)家還培育出能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)的細菌。,4、環(huán)境污染治理,利用基因工程培育的“指示生物

13、”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。,閱讀課本Ｐ１０５討論：轉(zhuǎn)基因食品安全嗎？,五、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性,,安全觀點： 1、轉(zhuǎn)基因食品與非轉(zhuǎn)基因食品的構(gòu)成是一樣的； 2、減少農(nóng)藥使用、減少環(huán)境污染； 3、節(jié)省生產(chǎn)成本，降低糧食售價； 4、增加食品營養(yǎng)、提高食品產(chǎn)量等。,,不安全觀點： 1、可能產(chǎn)生抗除草劑的超級雜草； 2、可能

14、使疾病的散播跨越物種障礙； 3、可能損害農(nóng)作物的生物多樣性； 4、認為創(chuàng)造新物種，可能干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 5、可能產(chǎn)生新毒素和新過敏源。,我國,2001年6月6日，國務(wù)院公布的《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例》規(guī)定，不得銷售未標識的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物，其標識應(yīng)注明產(chǎn)品中含有轉(zhuǎn)基因成分的主要原料名稱；有特殊銷售范圍的還應(yīng)注明并在指定范圍內(nèi)銷售。,幾種常見育種方法的比較,作業(yè)：,雜交→自交→選優(yōu),基因重組,不同個體的優(yōu)良

15、性狀可集中到同一個個體上,育種時間長，需及時發(fā)現(xiàn)優(yōu)良性狀,雜交水稻中國荷斯坦牛,花藥離體培養(yǎng)、秋水仙素誘導(dǎo)加倍,染色體變異,明顯縮短育種年限，后代一般都為純種,技術(shù)復(fù)雜，成本高,普通小麥花藥離體培養(yǎng),秋水仙素處理萌發(fā)的種子、幼苗,染色體變異,植物莖桿粗壯，果實、種子大，營養(yǎng)高,發(fā)育延遲，結(jié)實率低,無籽西瓜,物理或化學(xué)方法處理動植物、微生物,基因突變,提高變異頻率，大幅度改良某些性狀，加速育種進程,有利變異少，需要處理大量實驗材料，具