基因工程及其应用.ppt

1、,现代生物学技术 基因工程,盐芥：十字花科， 耐盐碱。,东营市所处黄河入海之地，成陆时间短，土壤含盐量高，适宜生长的树木种类较少，曾被人们称作是“绿化的禁区”。,胜大园林公司欲培养一批日本晚樱树种，美化东营。结合东营土质现状，你能让这些樱花具备耐盐性状，从而在东营安家吗？,1978年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。,转基因超级小鼠,荧光小猪,导入人基因的小鼠(长出人的耳朵)器官移植,荧光小鱼,个头特别大的转基因鲤鱼,日本生产的转基因方形西瓜,日本转基因蓝色玫瑰,未来会不会出现这样的香蕉？,甲生物,乙生物,新类型,基因工程,标准概念在生物体外，通

2、过对DNA分子进行人工“切割”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的产物。 基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。,通俗概念按照人们的意愿，把一种生物的个别基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。,一、基因工程的概念分子水平改变生物,基因工程的别名,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,剪切, 拼接, 导入, 表达,人类需要的基因产物,不同生物间的基因重组(定向变异）,操作环境,操作对象,操作水平,操作过程,结果,原理,优点,定向改造生物的遗传性状；

3、克服了远缘杂交不亲和的障碍。,2、基因工程的基本工具,（1）基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶(限制酶),作用： 切割 3,5-磷酸二酯键,结果： 产生两个相同的黏性末端,特点： 专一性 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。,黏性末端,例：大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)能识别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。,EcoR,G A A T T C,C T T A A G,G,C T T A A,A A T T C,G,C C C G G G,G G G C C C,C C C,G G G,G G G,C C C,中轴线,黏性末端,平末端,EcoR 在G与A

4、之间切割,Sma 在G与C之间切割,黏性末端和平末端,下列所示的黏性末端是由_种限制性内切酶作用产生的。,学会了吗？,4,(2)基因的针线：DNA连接酶,2、基因工程的基本工具,(2)基因的针线：DNA连接酶,2、基因工程的基本工具,(2)基因的针线：DNA连接酶,2、基因工程的基本工具,DNA连接酶,重组DNA分子,DNA连接酶和DNA聚合酶的异同,重组质粒的构建,酶切,酶切,质粒,目的基因,必须是同一种限制酶,思考：如何将重组DNA分子送入受体细胞呢？,DNA连接酶,质粒是存在于细菌细胞质中独立于拟核而自主复制的环状双链DNA分子。,（3）基因的运输工具运载体,2、基因工程的基本工具,常用

5、的运载体：,质粒、噬菌体、动植物病毒。,二、基因工程的“工具”,运载体的特点 1.能在受体细胞中复制并稳定保存2.具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入3.具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。,3、基因工程的基本操作步骤：,四步曲： 1、获取目的基因,2、目的基因与运载体结合,3、将目的基因导入受体细胞,4、目的基因的检测和鉴定,三、基因操作的基本步骤,细菌,取出质粒,用相同的限制酶切出黏性末端,供体细胞,取出DNA分子,用限制酶切取目的基因,将目的基因插入质粒切口,用DNA连接酶将目的基因与质粒相连,将重组DNA分子导入受体细胞,重组DNA分子增殖、表达,检测目的基因产物,基因工程

6、的遗传学原理： 基因重组,基因工程的别名,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA分子水平,剪切, 拼接, 导入, 表达,人类需要的基因产物,不同生物间的基因重组(定向变异）,操作环境,操作对象,操作水平,操作过程,结果,原理,优点,定向改造生物的遗传性状； 克服了远缘杂交不亲和的障碍。,二、基因工程的应用,资料1：1993年，中国农业科学院的科学家成功培育出了抗棉铃虫的转基因抗虫棉。抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞翅目害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。如今，科学家已利用这一基

7、因成功培育出了抗虫的烟草、玉米、水稻和棉等多种生物。抗虫基因作物的使用，不仅减少了农药的用量，大大降低了生产成本，而且还减少了农药对环境的污染。,应用一：作物育种 利用基因工程的方法，获得高产、稳 产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种抗逆性的作物 新品种。,基因工程培育抗虫棉的简要过程,普通棉花(无抗虫特性),苏云金芽孢杆菌,提取,抗虫基因,与运载体DNA拼接 导入,棉花细胞(含抗虫基因),棉花植株(有抗虫特性),上述培育抗虫棉的关键步骤？,资料2：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

8、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。,基因工程疫苗和药物,资料3：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。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,相当于从2t猪胰腺中提取的量！用基因工程方法生产的药物还有干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子，以及预防乙肝、霍乱、伤寒、疟疾的疫苗等。,应用二：药物研制 利用基因工程的方法能够高效率的生产出 各种高质量、低成本的药品，如胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等。,资料4：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

9、级细菌”却能分解石油中的多种烃类等有毒化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。,应用三：环境保护 利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。,1990年，美国孟山都公司把苏云金杆菌基因插入棉花植株获得了转基因棉花植株，经与农业研究局和一些大学科学家连续两年的田间试验，防治虫害效果良好。,1993年，中国农业科学院的科学家成功地培育出了抗棉铃虫的转基因抗虫棉。抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞翅目害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有抵

10、御虫害的能力。成为继美国之后，第二个拥有自主研制抗虫棉的国家。,转基因抗虫棉,1996年春，美国伊利诺伊西部许多农场主种植了一种大豆新品种，这种大豆是移植了矮牵牛的一种基因。这个新大豆品种可以抵抗杀草剂草甘膦（毒滴混剂）。草甘膦会把普通大豆植株与杂草一起杀死。,黑龙江省内有一定规模的大豆加工企业几乎全部停产，也没有一家收购大豆的。与此同时，农民手中却积压大量的大豆没有销路。造成这一结果的原因是进口转基因大豆低价冲击大豆市场，而有一条不成文的行规，黑龙江的油脂加工企业都采用本地产非转基因大豆，但若按此行规收购企业又很难避免亏损。,转基因大豆冲击中国市场！,美培育出聪明的转基因鼠,2000年，美国

11、科学家培育出一种转基因鼠，它们大脑中能产生更多的、能刺激神经纤维生长的蛋白质，具有较强的学习能力。在迷宫实验中，转基因鼠觅食本领比普通鼠要高许多，同时对迷宫中食物存放地点记忆更清楚。通过转基因鼠的培育，科学家进一步认识到神经生长在促进大脑功能方面的重要性。,转基因鼠培育者是美国西北大学的阿瑞鲁腾勃格教授和他的同事，他们给实验鼠移植了一种新发现的基因。该基因能促进转基因鼠大脑中过量产生与生长相关的、名为GAP43的蛋白质。该蛋白质作用于神经末梢，可刺激神经生长，并为大脑记忆功能提供更多的资源。,目前，转基因生物和转基因食品的安全性还没有证实，国际上对于转基因食品的管理主要有两种态度，即欧洲国家的

12、严格管理的态度和美国相对宽松的态度。,六、转基因生物和转基因食品的安全性,卖方（你有一批转基因产品亟待出售，怎样把这些产品推销给顾客？） 买方甲（不认同转基因产品，拒绝购买。举例说明理由。） 买方乙（可以接受转基因产品，愿意购买。举例说明理由。）,安全观点： 1、转基因食品与非转基因食品的构成是一样的； 2、减少农药使用、减少环境污染； 3、节省生产成本，降低粮食售价； 4、增加食品营养、提高食品产量等。,不安全观点： 1、可能产生抗除草剂的超级杂草； 2、可能使疾病的散播跨越物种障碍； 3、可能损害农作物的生物多样性； 4、认为创造新物种，可能干扰生态系统的稳定性； 5、可能产生新毒素和新过

13、敏源。,1、基因工程的正确操作步骤是（ ） 使目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 检测目的基因的表达是否符合特定性状要求 提取目的基因 、 、 、 、,C,2、要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种工具酶是 （ ） 限制酶DNA连接酶解旋酶 还原酶 、 、 、 、 3、以下说法正确的是 （ ） A. 所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 B. 质粒是基因工程中唯一的运载体 C. 运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接 D. DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键,A,C,4.限制性内切酶能识别特定的DNA序列并进行剪切，不同的限制性内切酶可以对不同的核苷酸序列进行剪切。现以三种不同的限制性内切酶对长度为8kb大小的DNA进行剪切后，用凝胶电脉分离各核酸片断，实验结果如图所示。,请问：三种不同的限制性内切酶在此DNA片断上相应切点的位置是（ ）,