《基因工程的應(yīng)用》PPT課件.ppt
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基因工程的應(yīng)用,專題1基因工程,一、植物基因工程碩果累累,哪些轉(zhuǎn)基因作物已進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用階段?,轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、棉花和油菜,植物基因工程技術(shù)主要用于哪些方面?,提高農(nóng)作物的抗逆能力(如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等),以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。,(一)抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,1.傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)防治害蟲的措施及不足之處,2.抗蟲植物舉例,3.抗蟲基因,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等,請閱讀P18生物資料技術(shù)卡,了解一些抗蟲基因的抗蟲機(jī)理。,4.抗蟲棉的目的基因是什么?目的基因從何而來?,(二)抗病轉(zhuǎn)基因植物,1.什么是病原微生物?有哪些種類?,引起生物生病的微生物,主要有病毒、真菌和細(xì)菌等,2.為什么說常規(guī)育種很難培育出抗病毒的新品種?,3.在抗病轉(zhuǎn)基因植物中使用最多的是什么基因?,病毒外殼蛋白(coatprotein,CP)基因和病毒的復(fù)制酶基因,自身缺少抗病毒的基因,拓展:在抗病毒轉(zhuǎn)基因植物中,為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染?,關(guān)于病毒外殼蛋白基因(CP基因)導(dǎo)入植物后的抗病毒機(jī)理,目前有幾種假說。一種假說認(rèn)為:CP基因在植物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)積累后,當(dāng)入侵的病毒裸露核酸進(jìn)入植物細(xì)胞后,會立即被這些外殼蛋白重新包裹,從而阻止病毒核酸分子的復(fù)制和翻譯。另一種假說認(rèn)為:植物細(xì)胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼,使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明,如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失,使之不能被翻譯,或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因,整合到植物細(xì)胞染色體上,轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此,有人認(rèn)為抗性機(jī)理不是外殼蛋白在起作用,而是CP基因轉(zhuǎn)錄出RNA后,與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。,4.在抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中使用什么基因?,幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因,(三)其它抗逆轉(zhuǎn)基因植物,1.鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)?,細(xì)胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié),在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因?,調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因,2.轉(zhuǎn)基因耐寒的煙草和番茄中哪種基因提高了其抗寒能力?,魚的抗凍蛋白基因,3.抗除草劑基因有何用途?,噴灑除草劑時,殺死田間的雜草而不損傷作物,(四)利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì),人體(或其它脊椎動物)必不可少,而機(jī)體內(nèi)又不能合成的,必須從食物中補(bǔ)充的氨基酸,稱必需氨基酸。必需氨基酸共有8種:賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸(甲硫氨酸)、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸。如果飲食中經(jīng)常缺少必需氨基酸,可影響健康。另外12種氨基酸是人體細(xì)胞能夠合成的叫做非必需氨基酸。,很多食品中缺少必需氨基酸,如何用轉(zhuǎn)基因的方法加以改良?,將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参锘蛘吒淖儽匦璋被岷铣赏緩街心撤N關(guān)鍵酶的活性,以提高氨基酸的含量。,轉(zhuǎn)基因延熟番茄的目的基因是什么?,控制番茄果實(shí)成熟的基因,轉(zhuǎn)基因矮牽牛的目的基因是什么?,與植物花青素代謝有關(guān)的基因,轉(zhuǎn)基因藍(lán)玫瑰,異想天開,能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚,普通熱帶斑馬魚是不發(fā)熒光的,如何讓普通熱帶斑馬魚也發(fā)熒光?,總結(jié):基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用,(1)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質(zhì)的品種用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質(zhì)含量。如“向日葵豆”植株。(2)抗逆性品種將細(xì)菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi),將從根本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。,二、動物基因工程前景廣闊,(一)用于提高動物生長速度,——動物品種改良、建立生物反應(yīng)器、器官移植等,導(dǎo)入外源生長激素基因,(二)用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),舉例說明,將腸乳糖酶基因?qū)肽膛;蚪M,轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。,(三)用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物,設(shè)問:就基因藥物而言,最理想的表達(dá)場所是哪里?,轉(zhuǎn)基因動物的乳腺。,(1)乳腺是一個外分泌器官,乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán),不會影響轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應(yīng)。(2)從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物,產(chǎn)量高,易提純,表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工,具有穩(wěn)定的生物活性。(3)從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時,轉(zhuǎn)基因動物又可不斷地繁殖。,設(shè)問:為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場所呢?,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,通過顯微注射等方法,導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中,將受精卵送入母體,使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進(jìn)入泌乳期后,可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品,稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。,乳腺生物反應(yīng)器,乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn):①產(chǎn)量高;②質(zhì)量好;③成本低;④易提取。,①獲取目的基因(例如血清白蛋白基因)②構(gòu)建基因表達(dá)載體(在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動子)③顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中④形成胚胎⑤將胚胎送入母體動物⑥發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物(只有在產(chǎn)下的雌性個體中,轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá))。,思考:用基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的?,(四)用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體,利用基因工程對豬的器官進(jìn)行改造,方法:將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子,以抑制抗原決定基因的表達(dá)或設(shè)法除去抗原決定基因,再結(jié)合克隆技術(shù),培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。,將目的基因?qū)氲絼游锏氖芫牙?,目的基因若與受精卵染色體DNA整合,細(xì)胞分裂時,該基因隨染色體的倍增而倍增,使每個細(xì)胞中都帶有目的基因,使性狀得以表達(dá),并穩(wěn)定地遺傳給后代,從而獲得基因產(chǎn)品。這樣一種新的個體,稱為轉(zhuǎn)基因動物。,總結(jié):什么叫轉(zhuǎn)基因動物?,基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用主要是什么?,繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物。該過程的重要步驟是通過感染或顯微注射技術(shù)將重組DNA轉(zhuǎn)移到動物受精卵中。,1.在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中,某些藥品如胰島素、干擾素等直接從生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提取?,從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取。,2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點(diǎn):,由于受原料來源的限制,價格十分昂貴。,三、基因工程藥品異軍突起,3.可利用什么方法來解決上述問題?,利用基因工程方法制造轉(zhuǎn)基因的工程菌,可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。,工程菌:用基因工程方法,使外源基因得到高效率表達(dá)的菌類細(xì)胞株系。,基因工程藥品包括:細(xì)胞因子(即淋巴因子如白細(xì)胞介素—2、干擾素)、抗體、疫苗、激素等。,利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?,利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物,是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因,構(gòu)建成表達(dá)載體后導(dǎo)入微生物,然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。有以下優(yōu)越性:(1)利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng),表達(dá)效率高,無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。(2)可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。(3)降低生產(chǎn)成本,減少生產(chǎn)人員和管理人員。,胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取,每100kg胰腺只能提取4-5g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低,價格昂貴,遠(yuǎn)不能滿足社會需要。1979年,科學(xué)家將動物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組,并在大腸桿菌內(nèi)實(shí)現(xiàn)了表達(dá)。1982年,美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場,售價降低了30%-50%。,基因工程藥品——胰島素,治療侏儒癥的唯一方法,是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前,要獲得生長激素,需解剖尸體,從大腦的底部摘取垂體,并從中提取生長激素?,F(xiàn)可利用基因工程方法,將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中,使其生產(chǎn)生長激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素,相當(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。,基因工程藥品——生長激素,干擾素是動物或人體細(xì)胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染,是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對治療癌癥和某些白血病也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取,每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980-1982年,科學(xué)家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素,是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場。,基因工程藥品——干擾素,1、基因治療概念:,四、基因治療曙光初照,把正?;?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達(dá)到治療疾病的目的,是治療遺傳病的最有效的手段。,2、實(shí)例:,將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細(xì)胞中,再將這種淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。,對嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷癥的治療,1990年9月14日,安德森對一例患ADA缺乏癥的4歲女孩進(jìn)行基因治療。這個4歲女孩由于遺傳基因有缺陷,自身不能生產(chǎn)ADA,先天性免疫功能不全,只能生活在無菌的隔離帳里。他們將這個女孩的白血球進(jìn)行基因改造,使有缺陷的基因被健康的基因替代,然后把含正常白血球的溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中。在以后的10個月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療,同時也接受酶治療。后來,她的免疫功能日趨健全,能夠走出隔離帳,過上正常人的生活,并進(jìn)入普通小學(xué)上學(xué)。,3、基因治療的原理(實(shí)質(zhì)):在基因治療的過程中,正?;颉⒉∽兓蚨伎梢员磉_(dá),由于正常基因的表達(dá)掩蓋了病變基因的表達(dá),使病人表現(xiàn)正常,最終達(dá)到治療疾病的目的。,4、基因治療的類型,5、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀:處于初期的臨床試驗(yàn)階段,6、用于基因治療的基因種類:替代基因、反義基因和自殺基因,DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。當(dāng)用一段已知基因的核苷酸序列作為探針,與被測基因進(jìn)行接觸,若兩者的堿基完全配對成雙鏈,則表明被測基因中含有已知的基因序列。,知識回顧:基因診斷,五、基因芯片(DNA芯片),可用于基因檢測、基因測序、疾病診斷等方面從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜;從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出病變圖譜。通過比較、分析這兩種圖譜,就可以得出病變的DNA信息。基因芯片診斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)、平行化、自動化等特點(diǎn),將成為一項(xiàng)現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。,思考與探究:根據(jù)所學(xué)內(nèi)容,試概括寫出基因工程解決了哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問題。,基因工程可以生產(chǎn)人類需要的藥物,如胰島素、干擾素等。我們吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的抗蟲棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進(jìn)入商品化生產(chǎn),上述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生產(chǎn)的或者生產(chǎn)成本過高。,完,- 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