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1.培育转基因抗虫棉的主要步骤需要哪些工具?,2.简述培育转基因抗虫棉的基本过程?,思考:,基因工程的应用,专题基因工程,一、植物基因工程硕果累累,植物基因工程技术主要用于哪些方面?,提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等), 以及改良农作物的品质和 利用植物生产药物等方面.,(一)抗虫转基因植物,1.虫害给农作物带来了哪些影响? 传统农业如何 防治害虫? 有哪些不足?,2.如何获得抗虫植物?现在有哪些抗虫植物问世?,3. 抗虫基因有哪些?,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、 淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等,请阅读P18生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的抗虫机理。,1.抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?对哺乳动物有害吗? 2.将抗虫基因导入植物细胞中用的最多的方法是什么?我国的科学家将抗虫基因导入棉花用了什么独创的方法?,思考: 1.细菌的基因之所以能“嫁接”到棉花细胞内,原因是 。,组成细菌和棉花的DNA分子的空间结构和化学组成相同,2.利用基因工程培育抗虫棉,与诱变育种和杂交育种相比,有什么优点?是属于哪种变异? 3.抗虫棉能抗病吗?,(二)抗病转基因植物,1.什么是病原微生物?有哪些种类?,引起生物生病的微生物, 主要有病毒、真菌和细菌等,2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种?,3.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因?,病毒外壳蛋白基因; 病毒的复制酶基因,4.在抗真菌转基因植物中使用什么基因?,几丁质酶基因和抗毒素合成基因,(三)其他抗逆转基因植物,1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产?,盐碱、干旱、低温和涝害等,2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关?,细胞内的渗透压调节,3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因?,调节细胞渗透压的基因,4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力?目的基因从何而来?,鱼的抗冻蛋白基因,5.抗除草剂基因有何用途?,喷洒除草剂时,杀死田间的杂草而不损伤作物,(四)利用转基因改良植物的品质,人体(或其它脊椎动物)必不可少,而机体内又不能合成的,必须从食物中补充的氨基酸,称必需氨基酸。 必需氨基酸共有种:赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸(甲硫氨酸)、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。 如果饮食中经常缺少必需氨基酸,可影响健康。 另外12种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸。,你知道哪些食品中缺少必需氨基酸? 如何用转基因的方法加以改良?试举例说明?,将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物 (改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性),转基因延熟番茄的目的基因是什么?,控制番茄果实成熟的基因,转基因矮牵牛的目的基因是什么?,与植物花青素代谢有关的基因,异想天开,总结:基因工程在农业上的应用,(1)改良农作物的品质 (培育高产、稳产和具优良品质的品种) (2)培育抗逆性品种 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。,科学家将菜豆储存蛋白的基因转移到向日葵中,培育出了“向日葵豆”植物。这一过程不涉及 C A.DNA按照碱基互补配对原则自我复制 B.DNA以其一条链为模板合成RNA C.RNA以自身为模板自我复制 D.按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质,二、动物基因工程前景广阔,(一)用于提高动物生长速度,动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等,导入外源生长激素基因,(二)用于改善畜产品的品质,举例说明,将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。,上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛,他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法,使 转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍,转基因动物( B) A提供基因的动物 B基因组中增加外源基因的动物 C能产生白蛋白的动物 D能表达基因信息的动物,(三)用转基因的动物生产药物,设问:就基因药物而言,最理想的表达场所是哪里?,转基因动物的乳腺。,(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。,设问:为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢?,将 基因与 等调控组件重组在一起,通过 等方法,导入哺乳动物的 中,将 其 送入母体,使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后,可以通过分泌乳汁生产所需要的药品,称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。,乳腺生物反应器,乳腺生物反应器的优点:产量高;质量好;成本低;易提取。,药物蛋白,乳腺蛋白基因的启动子,显微注射,受精卵,获取目的基因(例如血清白蛋白基因) 构建基因表达载体(在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子) 显微注射导入哺乳动物受精卵中 形成胚胎 将胚胎送入母体动物 发育成转基因动物(只有在产下的雌性个体中,转入的基因才能表达)。,思考:用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的?,继哺乳动物乳腺发生器研发成功后,膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近,科学家培养出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答: (1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,常用方法是_。 (2)进行基因转移时,通常要将外源基因转入_中,原因是_。 (3)通常采用_DNA杂交_技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组 (4)在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的_膀胱上皮细胞_细胞中特异表达。 (5)膀胱生物发生器比乳腺生物反应器有什么优点?,显微注射法,受精卵,具全能性,可使外源基因在相应的组织细胞中表达,(四)用转基因动物作器官移植的供体,利用基因工程对猪的器官进行改造,方法:将器官供体基因组导入 , 以抑制的 表达或设法除去 ,再结合克隆技术,培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官,某种调节因子,抗原决定基因,抗原决定基因,小结: 基因工程的应用 植物基因工程: 抗虫、抗病、抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。 动物基因工程: 提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。,基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中,不进行碱基互补配对的步骤是 C A、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达,1.在传统的药品生产中,某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取?,从生物的组织、细胞或血液中提取。,2.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。,三、基因工程药品异军突起,3.可利用什么方法来解决上述问题?,利用基因工程方法制造转基因的工程菌,可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,工程菌:用基因工程方法,使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。,基因工程药品包括:细胞因子(即淋巴因子如白细胞介素2、干扰素)、抗体、疫苗、激素等,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45g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 胰岛素,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。 现可利用基因工程方法,将人的生长激素基因导入大肠杆菌中,使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素,相当于6万具尸体的全部产量。,基因工程药品 生长激素,干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染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。此外干扰素对治疗癌症和某些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。19801982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。,基因工程药品 干扰素,利用微生物生产药物的优越性何在?,利用微生物生产蛋白质类药物,是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因,构建成表达载体后导入微生物,然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性: (1)利用活细胞作为表达系统,表达效率高,无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。(2)可以解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。(3)降低生产成本,减少生产人员和管理人员。,1、基因治疗概念:,四、基因治疗曙光初照,把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的,是治疗遗传病的最有效的手段。 (把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,从而达到治疗疾病的目的),2、实例:,将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中,再将这种淋巴细胞转入患者体内。,(1)对严重复合型免疫缺陷症的治疗,1990年9月14日,安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷,自身不能生产ADA,先天性免疫功能不全,只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造,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输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗,同时也接受酶治疗。后来,她的免疫功能日趋健全,能够走出隔离帐,过上了正常人的生活,并进入普通小学上学。,患半乳糖血症的患者,由于细胞内半乳糖苷转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶,使过多的半乳糖在体内积聚,引起肝、脑等功能受损。 1971年,美国科学家在体外做了试验,用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞,结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明,用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。,(2)半乳糖血症,3、基因治疗的类型,4、基因治疗的发展现状:处于初期的临床试验阶段,5、用于基因治疗的基因种类:正常基因、反义基因和自杀基因,DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。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。,知识回顾:基因诊断,五、基因芯片,从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱;从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。 通过比较、分析这两种图谱,就可以得出病变的DNA信息。 基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点,将成为一项现代化诊断新技术。,思考与探究: 根据所学内容,试概括写出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。,基因工程可以生产人类需要的药物,如胰岛素、干扰素等。我们吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程产品。农业生产中的抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆等都已进入商品化生产,上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成本过高。,
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