第3节基因工程的应用及产业化前景 1 举例说出基因工程在农业 医药及环境保护等领域的应用和取得的成果 2 关注基因治疗及其应用 3 关注基因芯片及其用途 一 二 三 四 一 植物基因工程的应用1 突破了传统杂交育种的局限性 不同物种之间存在着天然的生殖障碍 远缘杂交不育 转基因技术可以实现不同物种之间的基因转移 克服这一障碍 如抗病毒的烟草和马铃薯 抗虫玉米和抗虫棉花的种植减少了喷洒农药给环境带来的污染 也使农民免遭农药的危害 转基因能改良植物的品质 如把编码赖氨酸的基因转入小麦基因组 培育出了富含赖氨酸的小麦 2 开辟了生产疫苗的新途径 如可以生产乙肝疫苗的转基因胡萝卜 一 二 三 四 二 动物基因工程的应用1 改良畜禽经济性状的新思路 如转入人的生长激素基因的转基因猪 转入小鼠抗流感基因的转基因猪 2 动物生物反应器为医药事业开辟了新途径 目前利用转基因动物生产基因药物 最理想的表达场所是乳腺 因为乳腺是一个外分泌器官 乳汁不进入体内循环 不会影响到转基因动物本身的生理代谢反应 如乳汁中含人凝血因子的转基因绵羊 一 二 三 四 三 基因治疗1 概念 基因治疗是将健康和正常的基因通过某种载体导入人体细胞中有缺损或有变异基因的部位 并使目的基因在有机体内有效表达 达到防治疾病的目的 2 治疗策略与程序 主要包括目的基因的选择和制备 运载体的选择 靶细胞的选择 目的基因进入靶细胞的方式及外源基因表达的检测 3 成绩与展望 世界上第一例接受基因治疗的患者是一个患有腺苷脱氨酶缺乏症的女孩 她接受治疗几个月后 便基本恢复正常 随着科学技术的发展 基因治疗不再局限于正常基因替换体内的异常基因 还可以导入人体内没有的基因 对人体的生理代谢进行调节 4 基因治疗存在的问题 目的基因的安全性问题 运载体问题 致病多基因问题 一 二 三 四 思考 基因治疗后 缺陷基因有没有改变 提示 基因治疗后 缺陷基因没有改变 基因治疗是把正常基因导入受体细胞中 以表达正常产物从而治疗疾病 原来细胞中存在缺陷的基因没有被清除或改变 一 二 三 四 四 基因芯片1 工作原理 分子杂交技术 2 基因芯片的用途基因芯片的用途非常多 可用来监测基因表达的变化 分析基因序列 寻找新的基因和新的药物分子 1 转基因产品的比较转基因产品的种类 外源基因的类型及取得的成果归纳如下 2 乳腺生物反应器与生产药物的工程菌的比较 特别提醒用乳腺生物反应器生产的优点是产量高 质量好 成本低 易提取 但从乳腺生物反应器中提取蛋白质 受体细胞所在个体必须是雌性 若从尿液中提取目的基因的产物则不受此限制 题型一 题型二 题型三 题型四 植物基因工程技术的应用 典例1 目前 植物基因工程技术应用比较广泛 下列不属于其应用的是 A 提高农作物的抗逆性B 生产某些天然药物C 改良农作物品质D 作器官移植的供体解析 D项为动物基因工程技术的重要应用 答案 D反思领悟植物基因工程的成果有提高农作物的抗逆能力 改良农作物的品质等 动物基因工程则主要应用于提高动物生长速度 改善畜产品的品质 利用动物生产药物 作器官移植的供体等方面 题型一 题型二 题型三 题型四 动物基因工程技术的应用 典例2 下列有关动物基因工程的说法 错误的是 A 将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物生长速度B 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中 使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量大大降低C 利用基因工程技术 得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要药品的生产问题D 用转基因动物作为器官移植的供体时 由于导入的是调节因子 而不是目的基因 因此无法抑制抗原的合成解析 用转基因动物作为器官移植的供体时 采用的方法是将器官供体基因组导入某种调节因子 以抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因 再结合克隆技术 培育出没有免疫排斥反应的转基因动物 答案 D 题型一 题型二 题型三 题型四 基因治疗 典例3 下列不属于基因治疗的是 A 用正常的基因去弥补有缺陷的基因B 转移基因以增强免疫力 用于肿瘤和艾滋病的治疗C 将可抑制癌基因转录的DNA序列导入癌细胞 抑制其增殖D 食入 健康基因 解析 基因治疗是把正常基因导入基因有缺陷的病人体内 使该基因的表达产物发挥功效 从而达到治疗疾病的目的 这是治疗遗传疾病的最有效的手段 健康基因 被食入后会被消化酶分解 基因无法起作用 所以食入 健康基因 不属于基因治疗 答案 D 题型一 题型二 题型三 题型四 易错提醒正常基因没有改变病变基因的表达在基因治疗的过程中 正常基因 病变基因都可以表达 由于正常基因的表达掩盖了病变基因的表达 使病人表现正常 最终达到治疗疾病的目的 题型一 题型二 题型三 题型四 基因芯片 典例4 基因芯片技术是近几年才发展起来的崭新技术 涉及生命科学 信息学 微电子学 材料学等众多的学科 固定在芯片上的是已知的单链DNA分子 而待测DNA分子用同位素或能发光的物质标记 如果这些待测的DNA分子中正好有能与芯片上的DNA配对的 它们就会结合起来 并在结合的位置发出荧光或者射线 出现 反应信号 下列说法错误的是 A 基因芯片的工作原理遵循碱基互补配对原则B 待测的DNA分子首先要解旋变为单链 才可用基因芯片测序C 待测的DNA分子可以直接用基因芯片测序D 基因芯片技术可用来监测基因表达的变化解析 基因芯片中 固定在芯片上的是已知的单链DNA分子 待测DNA必须解旋为单链 才可用于测序 答案 C 1 2 3 4 1 以下关于抗病毒转基因植物的说法 正确的是 A 抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒B 抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性C 抗病毒转基因植物可以抵抗害虫D 抗病毒转基因植物可以稳定遗传 不会变异解析 抗病毒转基因植物只能抵抗某些病毒 不能抵抗所有病毒 也不抗虫 抗病毒基因和植物体的其他基因一样存在基因突变的可能性 答案 B 1 2 3 4 2 基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中 达到治疗疾病的目的 从变异的角度分析 这属于 A 基因突变B 染色体结构变异C 基因重组D 染色体数目的变异答案 C 1 2 3 4 3 用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质 下列叙述不正确的是 A 常用相同的限制性内切酶处理目的基因和质粒B DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶C 可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒D 导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达解析 用相同的限制性内切酶处理目的基因和质粒 其目的是形成相同的末端 便于目的基因和质粒的连接 基因工程的工具酶只有限制性内切酶和DNA连接酶 用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了质粒或重组质粒 利用了质粒上的标记基因 即抗生素抗性基因 即使目的基因导入受体细胞 也不一定能成功表达 答案 B 1 2 3 4 4 在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值 下图所示是获得转基因莴苣的技术流程 请据图回答下列问题 1 2 3 4 1 获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和 2 过程需要的酶有 3 重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afp 还必须含有启动子 终止子和 这样才能构成一个完整的基因表达载体 4 如果受体细胞C1是土壤农杆菌 则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的 使目的基因进入受体细胞C2 并将其插入受体细胞C2的上 使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达 形成转基因莴苣 经 过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达 可用法进行检测 如果出现杂交斑点 说明目的基因已经表达蛋白质产品 转基因莴苣培育成功 1 2 3 4 解析 1 获取目的基因的主要途径有从自然界已有的物种中分离和人工合成 2 过程为基因表达载体的构建过程 需要用到限制性内切酶和DNA连接酶 3 一个完整的基因表达载体包括目的基因 启动子 终止子和标记基因 4 农杆菌介导的遗传转化法利用的是农杆菌的转化作用 将目的基因整合到受体细胞染色体的DNA上 进而使目的基因能够稳定遗传和表达 检测目的基因是否成功表达可采用抗原 抗体杂交法 答案 1 人工合成 2 限制性内切酶DNA连接酶 3 报告基因 4 转化作用染色体的DNA抗原 抗体杂交