生物选修3_基因工程_ppt

思考：检测mRNA 是否合成，可以用分子杂交的方法吗？
##检测目的基因是否翻译成蛋白质— 抗原—抗体杂交
##个体生物学水平的鉴定——
• 受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因 完成了表达吗？
不能，受体细胞必须表现出特定的性状， 才能说明目的基因完成了表达。
若不能表达， 要对抗虫基因 再进行修饰。
• 4.基因治疗曙光初照
• 1）基因治疗的种类和方法：
•
①体外基因治疗：eg.腺苷酸脱氨酶基因
的转移
•
②体内基因治疗：
• 2）基因治疗的现状：
• 基因诊断：
也称为DNA诊断或基因探针技术，即在 DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的 疾病进行诊断。
探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光 分子等标记的DNA分子；
酵母菌和动植物细胞等。
• 将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
3将目的基因导 入受体细胞
受体细胞：细菌
氯化钙
基因工程中常用的 细胞壁的通透性增大 受体细胞有大肠杆 菌、枯草杆菌、土 壤农杆菌、酵母菌 重组质粒进入受体细胞 和动植物细胞等。
目的基因随受体细胞的繁殖而复制
受体细胞的选择
• 什么叫显微注射技术？
用口径为1μm的DNA 注射器，将大量的目的基 因片段注入到受精卵的核 内，然后把经过注射的受 精卵移植到另一只雌性动 物的子宫内，使受精卵发 育为转基因动物。
• 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、 干扰素直接生物体的哪些结构中提取？
药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。
步骤四：目的基因的检测与鉴定
氨苄青霉 素抗性基因
四环素 抗性基因
四、目的基因的检测与鉴定
1、检测与鉴定的目的 目的基因进入受体细胞后，是否可以稳定维持 和表达其遗传特性
2、 检测目的基因是否插入了转基因生物的染色体DNA上
检测目的基因是否转录出了mRNA
检测目的基因是否翻译成蛋白质 另外：个体生物学水平的鉴定
互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因， 或基因的一部分；可以是DNA本身，也可 以是由之转录而来的RNA。
• DNA分子杂交原理：
DNA分子杂交是基因诊断最基本的方 法之一。其基本原理是：互补的DNA单链 能够在一定条件下结合成双链，即能够进行 杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基 互补配对进行。因此，当用一段已知基因的 核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触， 若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测 基因中含有已知的基因序列。
2、种类：4000种。
3、作用：识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸
序列，并且使每一条链中特定部位的两 个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
4、结果：形成两种末端 粘性末端
平末端
二、 “分子缝合针” —— DNA连接酶
1、种类：两类
E·coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
2、作用部位：磷酸二酯键
还有干扰素、生长激素、溶血栓剂、凝血 因子、人造血液代用品、基因疫苗等等
• 基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？
繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶 率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。
该过程的重要步骤是通过感染或显微注 射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。
将人的生长激素 基因和牛的生长素基 因分别注射到小白鼠 受精卵中，得到的 “超级小鼠”。
“分子运输车”——基因进入细胞的载体
1、常用载体：质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒
2、质粒：最常用的载体 是一种裸露的、结构简单、独立于拟核 之外、并具有自我复制能力的双链DNA 分子
质粒作为 载体的条件:
能在宿主细胞内复制并稳定 的遗传 具有多个限制酶切点
具有某些遗传标记基因（标记基因
基因工程的基本操作程序主要包括 四个基本步骤：
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
关键步骤一的工具：基因的剪刀——限制性内切酶 关键步骤二的工具：基因的针线——DNA连接酶 关键步骤三的工具：基因的运载工具——运载体
一、 “分子手术刀” ——限制性核酸内切 酶
1、来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的一
种酶。能将外来的DNA切断，由于这种 切割作用是在DNA分子内部进行的，故 名限制性内切酶。
原 理：利用DNA分子杂交原理；
1、基因诊断：用放射性同位素、荧光分子等 标记的DNA分子作探针，利用DNA分子杂交 原理，鉴定被测标本上的遗传信息。 ●β-珠蛋白的DNA探针
——检测镰刀型细胞贫血症 ●苯丙氨酸羟化酶基因探针
——检测苯丙酮尿症 ●肿瘤诊断：白血病癌基因制备的探针
——检测白血病
• 基因探针： 基因探针就是一段与目的基因或DNA
1）高产、稳产和具优良品质的品种 用基因工程的方法可以改善粮食作物的
蛋白质含量。如“向日葵豆”植株。 2）抗逆性品种
将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗 盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作 物体内，将从根本上改变作物的特性。如转 基因抗虫棉。
迄今为止，人们已获得了 数百种转基因植物：抗病、 抗虫、抗除草剂、抗逆、作 物的高产优质、果蔬储存、 作物的固氮能力、药物生产 及环境美化等
4.用转基因的动物作器官移植 的供体
5.基因工程药品异军突起
• 1.植物基因工程硕果累累 • 1）抗虫转基因植物 • 2）抗病转基因植物 • 3）抗逆转基因植物 • 4）改良植物品质 • 2.动物基因工程前景广阔 • 1）提高动物生长速度 • 2）改善畜产品质量 • 3）生产药物 • 4）用转基因动物作器官移植的供体 • 3.基因工程药物异军突起
• 传统生产方法的缺点
由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。 • 可利用什么方法来解决上述问题？
利用基因工程方法制造“工程菌”，可 高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。
基因工程药品 —— 胰岛素 胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临
床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰 腺中提取，每100kg胰腺只能提取4~5g胰岛 素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂 贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家 将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分 子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982 年，美国一家基因公司用基因工程方法生产 的胰岛素投入市场，售价降低了30%~50%。
• 基因工程药品 —— 干扰素
干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖 蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感 染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对 治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。
传统的干扰素生产方法是从人血液中的 白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg 干扰素。1980~1982年，科学家用基因工程 方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰 素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述 干扰素大量投放市场。
1）目的基因的获取 2）基因表达载体的构建 3）将目的基因导入受体细胞 4）目的基因的检测与鉴定
返回
过程
优点
缺点
供体细胞DNA →DNA
工作量大，
直接分离 片段→不同受体细
有盲目性，
法
胞→DNA片段扩增→ 操作简便 目的基因含
（鸟枪法）目的基因细胞→目 的基因
有不表达的 内含子
反转录法
mRNA →单链DNA →双链DNA
二、动物基因工程前景广阔
1.用于提高动物生长速度
2.用于改善畜产品的品质 3.用转基因的动物生产药物
1、传统制药：直接从生物体 的组织、细胞或血液中提取
例：4~5克/100公斤猪、牛的胰腺
缺点：产量低、价格昂贵
2.“工程菌”制药
（1）什么叫“工程菌”？ 用基因工程的方法，使外源基因得
到高效表达的菌类细胞株系。（如： 含有人胰岛素基因大肠杆菌菌株、 含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株）
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙 “缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连 接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。
“分子缝合针”——DNA连接酶
1、作用：恢复被限制性内切酶切开了的两个 的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
2、分类：从大肠杆菌中分离得到 从T4噬菌体分离得到
3、区别：E.coli连接黏性末端 T4既能连接黏性末端，又可以连接 平末端（效率低）
• 为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场 所呢？
1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入 体内循环，不会影响转基因动物本身的生理 代谢反应。
2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高， 易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加 工，具有稳定的生物活性。
3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产 物的同时，转基因动物又可无限繁殖。
日本生产的α干扰素
干扰素——治疗30多种有病毒传
染的疾病，如：水痘、乙型和丙型 肝炎、狂犬病，也可治疗乳腺癌、 骨髓瘤、淋巴瘤、白血病、黑色素 瘤、脑瘤等常见病、多发病。其中， α-干扰素对爱滋病的治疗也有一定 的疗效。
• 基因工程药品 —— 生长激素
治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射 生长激素。而生长激素的获得很困难。以前， 要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底 部摘取垂体，并从中提取生长激素。
然后用同一种限制酶切断目的基因，使其产生 相同的黏性末端。
将切下的目的基因的片段插入质粒的切口处， 再加入适量DNA连接酶，质粒的黏性末端与 目的基因DNA片段的黏性末端就会因碱基互 补配对而结合，形成了一个重组DNA分子。
步骤三：目的基因导入受体细胞---转化
• 常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、
转基因马铃薯
1.抗虫转基因植物
2.抗病转基因植物
3.其他抗逆转基因植物
4.利用转基因改良植物的品质
动物基因工程前景广阔
畜牧养殖业：培养具有各种优良品质的 转基因动物（具有抗病能力、高产仔率、 高产奶率、高质量的皮毛）