高中生物 1.3 基因工程的應用課件 新人教版選修3.ppt

目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,一,二,三,四,一、植物基因工程碩果累累 植物基因工程技術主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力、改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。 1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 (1)方法:將從某些生物中分離出的具有殺蟲活性的基因?qū)胱魑镏?使其具有抗蟲性。 (2)用于殺蟲的目的基因:主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。 (3)意義:減少化學農(nóng)藥的使用,降低生產(chǎn)成本,減輕對環(huán)境的污染。,目標導航,預習導引,一,二,三,四,2.抗病轉(zhuǎn)基因植物 (1)引起植物生病的微生物稱為病原微生物,主要有病毒、真菌和細菌等。 (2)目的基因:病毒外殼蛋白基因、病毒的復制酶基因、幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因。 (3)意義:能夠獲得常規(guī)育種無法獲得的抗病毒的新品種。 3.抗逆轉(zhuǎn)基因植物,目標導航,預習導引,一,二,三,四,4.利用轉(zhuǎn)基因技術改良植物的品質(zhì),目標導航,預習導引,一,二,三,四,抗蟲基因為什么不能抗病毒、細菌和真菌? 提示因為每種基因都有特定的結構和功能,具有專一性?？瓜x基因只能抗蟲。,目標導航,預習導引,一,二,三,四,二、動物基因工程前景廣闊 1.動物基因工程在動物品種改良、建立生物反應器、器官移植等很多方面顯示了廣闊的應用前景。 2.用于提高動物生長速度:將外源生長激素基因?qū)雱游矬w內(nèi)成功的表達,可以提高動物的生長速率。 3.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì):科學家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M,獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低,而其他營養(yǎng)成分不受影響。,目標導航,預習導引,一,二,三,四,4.用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物:科學家將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起,通過顯微注射等方法,導入哺乳動物的受精卵中,然后,將受精卵送入母體內(nèi),使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后,可以通過分泌的乳汁來生產(chǎn)所需要的藥品,因而稱為乳腺生物反應器或乳房生物反應器。 5.用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體:器官移植最大的難題是免疫排斥?？茖W家正試圖將器官供體基因組導入某種調(diào)節(jié)因子,以抑制抗原決定基因的表達,或設法除去抗原決定基因,再結合克隆技術,培育出沒有免疫排斥反應的轉(zhuǎn)基因器官。,目標導航,預習導引,一,二,三,四,構建乳腺生物反應器的關鍵環(huán)節(jié)是什么?基因表達載體構建成功后導入的受精卵將來發(fā)育成的個體是雄性的,還是雌性的? 提示將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起構成基因表達載體。能分泌乳汁的是雌性動物,所以構建的基因表達載體要導入的受精卵將來發(fā)育成的個體應是雌性動物。,目標導航,預習導引,一,二,三,四,三、基因工程藥物異軍突起 1.工程菌:用基因工程的方法,使外源基因得到高效率表達的菌類細胞株系一般稱為工程菌。 2.利用工程菌生產(chǎn)的藥物包括細胞因子、抗體、疫苗、激素等。 3.干擾素是動物或人體細胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。由于干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染,因此它是一種抗病毒的特效藥。 生產(chǎn)基因工程藥物為什么要構建“工程菌”? 提示工程菌能使外源基因高效表達,基因產(chǎn)物產(chǎn)量高。,目標導航,預習導引,一,二,三,四,四、基因治療曙光初照 1.基因治療是把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達到治療疾病的目的。可分為體外基因治療和體內(nèi)基因治療兩種。 2.無論哪一種基因治療,目前都處于初期的臨床試驗階段。 (1)患者通過基因治療后,其后代還會患遺傳病嗎?為什么? 提示基因治療只是將正常的基因?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達到治療疾病的目的,而細胞中的缺陷基因并未切除或修復,與正?；蛲瑫r存在,其可通過生殖細胞傳遞給后代,所以后代很可能還會患遺傳病。 (2)基因治療現(xiàn)在應用于臨床治療了嗎? 提示基因治療的很多技術還不成熟,目前只是處于臨床試驗階段。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一、乳腺(房)生物反應器 1.原理:應用重組DNA技術和轉(zhuǎn)基因技術,將目的基因轉(zhuǎn)移到尚未分化的動物胚胎細胞(或受精卵)中,經(jīng)胚胎移植,得到能在乳腺中表達目的基因的個體,其乳腺組織可分泌生產(chǎn)“目的產(chǎn)品”,如具有藥用價值的蛋白,這些蛋白進入乳汁中,再通過回收含轉(zhuǎn)基因蛋白的動物乳汁,就可以提取有重要藥用價值的生物活性蛋白。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,2.操作過程,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,3.主要用途:生產(chǎn)多肽類藥物、工程疫苗、抗體、營養(yǎng)品。 目前,科學家已在牛和山羊等動物乳腺生物反應器中表達出抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,【例1】 繼哺乳動物乳腺生物反應器研發(fā)成功后,膀胱生物反應器的研究也取得了一定進展?？茖W家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠,其膀胱上皮細胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。請回答下列問題。 (1)將人的生長激素基因?qū)胄∈笫荏w細胞,常用方法是 。 (2)進行基因轉(zhuǎn)移時,通常要將外源基因轉(zhuǎn)入 中,原因是 。 (3)通常采用 技術檢測外源基因是否插入了小鼠的基因組。 (4)在研制膀胱生物反應器時,應使外源基因在小鼠的 細胞中特異表達。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,解析在基因工程中,若受體細胞是動物細胞,常采用顯微注射的方法導入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮細胞合成人的生長激素,在進行基因轉(zhuǎn)移時,受體細胞通常是受精卵,原因是受精卵體積大,便于操作且全能性高,可使外源基因在相應組織細胞中得到表達。檢測目的基因是否插入受體細胞的基因組,通常采用的是DNA分子雜交技術。 答案(1)顯微注射法 (2)受精卵 受精卵體積大,便于操作且全能性高,可使外源基因在相應組織細胞中表達 (3)DNA分子雜交 (4)膀胱上皮,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,科學家已能運用基因工程技術,讓羊的乳腺細胞合成并分泌抗體。下列相關敘述中錯誤的是( ) A.該技術將導致定向變異 B.DNA連接酶把目的基因與載體的黏性末端的堿基對連接起來 C.蛋白質(zhì)中的氨基酸序列可為合成目的基因提供信息資料 D.受精卵是理想的受體,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,解析在基因工程操作程序中,所用的DNA連接酶連接的不是目的基因與載體的黏性末端的堿基對,而是目的基因與載體DNA兩條鏈的骨架,即脫氧核糖與磷酸的連接,也就是說,DNA連接酶只能催化斷開的雙鏈DNA片段重新形成磷酸二酯鍵。由蛋白質(zhì)中的氨基酸序列可推知相應的mRNA中的核苷酸序列,進而可推測相應基因中的脫氧核苷酸序列,從而可以用化學合成方法人工合成目的基因。受精卵體積較大,操作較容易,也能保障發(fā)育成個體的所有細胞(乳腺細胞)都含有外源基因。 答案B,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,1.利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性 (1)利用活細胞作為表達系統(tǒng),表達效率高,無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量需要的藥品。 (2)可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源不足的問題。 (3)降低生產(chǎn)成本,減少工作人員。 2.利用乳腺生物反應器生產(chǎn)藥物 用乳腺生物反應器生產(chǎn)藥物的優(yōu)點是產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取,但從乳腺生物反應器中提取蛋白質(zhì),受體細胞所在個體必須是雌性,若從尿液中提取目的基因的產(chǎn)物則不受此限制。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,二、基因治療 1.過程,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,2.方式,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,【例2】 據(jù)報道,在某基因治療中心接受基因治療的三名遺傳性失明患者都重新獲得了一定的視力,并且沒有嚴重的副作用?；蛑委熓侵? ) A.把正常外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?達到治療疾病的目的 B.對有缺陷的細胞進行檢測、修復,從而使其恢復正常,達到治療疾病的目的 C.運用人工誘變方法,使有基因缺陷的細胞發(fā)生基因突變,從而恢復正常 D.運用基因工程技術,把有缺陷的基因切除,達到治療疾病的目的,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,解析基因治療只是將正常的基因?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達到治療疾病的目的,而細胞中的缺陷基因并未修復,和正?；蛲瑫r存在,基因治療也不是切除病變基因或誘發(fā)其突變,因而B、C、D三項的說法都不符合基因治療的概念。 答案A,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,基因治療是人類疾病治療的一種嶄新手段,下列有關敘述錯誤的是( ) A.基因治療是治療人類遺傳病的最有效的手段 B.基因治療是一種利用基因工程產(chǎn)品治療人類疾病的方法 C.使正?；虻谋磉_產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達到治療疾病的目的 D.基因治療的靶細胞可以是體細胞和生殖細胞 解析基因治療是指將人的正?；蚧蛴兄委熥饔玫幕蛲ㄟ^一定方式導入人體靶細胞使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達到治療疾病的目的,是生物醫(yī)學新技術。 答案B,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,基因診斷與基因治療的比較,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,1.哪種性別的個體可作為乳腺生物反應器 不是所有動物個體都可以作為乳腺生物反應器。其實乳腺生物反應器操作成功的應該是雌性個體,并且個體本身的繁殖速度較高,另外動物的泌乳量、蛋白含量等都是應該考慮的因素。,(1)圖中構建完成的基因表達載體導入綿羊受精卵所用的方法是 。 (2)圖中的A過程包括早期胚胎培養(yǎng) 和胚胎移植技術,進行胚胎移植之前 必須對胚胎進行DNA分析鑒定 ,以獲得能夠符合生產(chǎn) 要求的個體。 (3)為了鑒定目的基因是否成功表達, 必須進行抗原抗體雜交,目的蛋白 相當于 。,【例1】 利用基因工程技術可以使哺乳動物本身變成“批量生產(chǎn)藥物的工廠”。如圖表示科學家將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起,并通過一系列技術 手段制備生物乳腺反應器的流程。請回答相關問題。,解析(1)在目的基因?qū)胧荏w細胞的過程中,一般采用顯微注射法將目的基因?qū)雱游锏氖荏w細胞中。(2)分析圖解可知,圖中的A過程表示將重組細胞培養(yǎng)成成體羊,該過程中首先要利用早期胚胎培養(yǎng)技術將受精卵培養(yǎng)為早期胚胎,然后再利用胚胎移植技術將早期胚胎移植到受體母羊的子宮中。由于只有雌性個體能夠產(chǎn)生乳汁,因此進行胚胎移植之前必須對胚胎進行DNA分析鑒定性別,以獲得能夠符合生產(chǎn)要求的個體。(3)為了鑒定目的基因是否成功表達,必須進行抗原抗體雜交,目的蛋白相當于抗原。 答案(1)顯微注射技術 (2)性別 (3)抗原,2.有關Bt毒蛋白的兩點提醒 (1)本身不具有毒性:Bt毒蛋白基因控制合成的毒蛋白本身沒有毒性,只有被害蟲攝食消化分解為多肽后才具有毒性。 (2)發(fā)揮抗蟲作用的機理:Bt毒蛋白水解成的多肽與害蟲的腸上皮細胞的特異性受體結合,導致其細胞膜穿孔,細胞腫脹裂解而使害蟲死亡。,【例2】 研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)基因抗蟲植物能殺死昆蟲的原理是該基因控制合成的蛋白質(zhì)被昆蟲食用后,在消化道中被蛋白酶水解產(chǎn)生具有毒性的活性肽,與昆蟲腸道細胞上的受體結合,使細胞滲透壓失衡,最終導致昆蟲死亡。圖1表示從蘇云金芽孢桿菌中獲取Bt抗蟲基因以培養(yǎng)抗蟲玉米的部分過程。其中表示操作流程,a、b表示分子,ce表示培養(yǎng)過程(其中d過程表示細菌與玉米細胞混合培養(yǎng))。,圖1,圖2,(1)在圖1中流程獲取Bt抗蟲基因需使用 酶,將其與切割后的質(zhì)粒重組需使用 酶;在流程中,細菌經(jīng)培養(yǎng)不斷分裂產(chǎn)生更多的子代細菌,該步驟的主要目的是 ;流程需要運用 技術,經(jīng)過 過程最終形成植株,其依據(jù)的主要原理是 。 (2)目前多個國家已批準種植轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲玉米供人食用,請結合題意分析其可行的原因是 。 (3)已知Bt基因能夠成功整合到玉米染色體上,某玉米植株體細胞中Bt基因在染色體上的整合情況如圖2所示(黑點表示Bt基因的整合位點),該植株進行自交,子一代中具有抗蟲特性的植株所占比例為 。,解析(1)限制酶能識別與切割特定的堿基序列,從而獲取Bt抗蟲基因,DNA連接酶的作用是將兩DNA片段的磷酸與脫氧核糖連接在一起,流程主要目的為擴增目的基因;流程需要運用植物組織培養(yǎng)技術,經(jīng)過脫分化和再分化過程最終形成植株,其依據(jù)的主要原理是植物細胞的全能性。(2)該毒蛋白水解后的有毒性的活性肽,必須與特異性受體結合才能起作用,人體腸道細胞沒有該受體,所以可供人食用。(3)植株進行自交,子一代中具有抗蟲特性的植株所占比例為1-1/82=63/64。 答案(1)限制 DNA連接 擴增目的基因 植物組織培養(yǎng) 脫分化和再分化 植物細胞的全能性 (2)該毒蛋白水解后的有毒性的活性肽,必須與特異性受體結合才能起作用,人體腸道細胞沒有該受體 (3)63/64,3.基因治療中的相關正?；?誤以為基因治療中正常基因改變病變基因的表達。其實在基因治療的過程中,正?；?、病變基因都可以表達,由于正常基因的表達掩蓋了病變基因的表達,使病人表現(xiàn)正常,最終達到治療疾病的目的。,【例3】科學家們對一位缺乏腺苷酸脫氨酶基因而患嚴重復合型免疫缺陷癥的美國女孩進行基因治療,其方法是首先將患者的淋巴細胞取出做體外培養(yǎng),然后用反轉(zhuǎn)錄病毒將正常腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入人工培養(yǎng)的淋巴細胞中,再將這些轉(zhuǎn)基因淋巴細胞回輸?shù)交颊唧w內(nèi),經(jīng)過多次治療,患者的免疫功能趨于正常。 (1)基因治療是把健康的 導入有 的細胞中,以達到治療疾病的目的。 (2)在基因治療過程中,反轉(zhuǎn)錄病毒的作用相當于基因工程中基因操作工具中的 。此基因工程中的目的基因是 ,目的基因的受體細胞是 。,(3)將轉(zhuǎn)基因淋巴細胞多次回輸?shù)交颊唧w內(nèi)后,免疫能力趨于正常,是由于淋巴細胞中能合成 。 (4)下圖甲所示的方法是從 的DNA中直接分離出基因,圖乙所示的方法是用 方法人工合成基因。,解析圖甲表示用限制酶將供體細胞的DNA切成許多片段,然后將片段通過載體轉(zhuǎn)入到不同的受體細胞,從中找到目的基因。圖乙表示用目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板,反轉(zhuǎn)錄成互補的單鏈DNA,再合成雙鏈DNA,從而獲得目的基因。 答案(1)外源基因 基因缺陷 (2)載體 腺苷酸脫氨酶基因 淋巴細胞 (3)腺苷酸脫氨酶 (4)供體細胞 反轉(zhuǎn)錄,