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.,1,1.培育轉基因抗蟲棉的主要步驟需要哪些工具？,2.簡述培育轉基因抗蟲棉的基本過程？,思考：,.,2,基因工程的應用,專題１基因工程,.,3,一、植物基因工程碩果累累,植物基因工程技術主要用于哪些方面?,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)作物的品質和 利用植物生產(chǎn)藥物等方面.,.,4,(一)抗蟲轉基因植物,1.蟲害給農(nóng)作物帶來了哪些影響? 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)如何 防治害蟲? 有哪些不足?,2.如何獲得抗蟲植物？現(xiàn)在有哪些抗蟲植物問世?,3. 抗蟲基因有哪些？,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,.,5,.,6,請閱讀P18生物資料技術卡,了解一些抗蟲基因的抗蟲機理。,1.抗蟲棉的目的基因是什么?目的基因從何而來?對哺乳動物有害嗎？ 2.將抗蟲基因導入植物細胞中用的最多的方法是什么？我國的科學家將抗蟲基因導入棉花用了什么獨創(chuàng)的方法?,.,7,思考： 1.細菌的基因之所以能“嫁接”到棉花細胞內(nèi)，原因是 。,組成細菌和棉花的DNA分子的空間結構和化學組成相同,2.利用基因工程培育抗蟲棉，與誘變育種和雜交育種相比，有什么優(yōu)點？是屬于哪種變異？ 3.抗蟲棉能抗病嗎？,.,8,（二）抗病轉基因植物,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.在抗病轉基因植物中使用最多的是什么基因？,病毒外殼蛋白基因； 病毒的復制酶基因,.,9,4.在抗真菌轉基因植物中使用什么基因？,幾丁質酶基因和抗毒素合成基因,.,10,（三）其他抗逆轉基因植物,1.哪些環(huán)境條件會造成農(nóng)作物低產(chǎn)、減產(chǎn)？,鹽堿、干旱、低溫和澇害等,2.鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與什么有關？,細胞內(nèi)的滲透壓調節(jié),3.在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因？,調節(jié)細胞滲透壓的基因,.,11,4.轉基因耐寒的煙草和番茄中哪種目的基因提高了其抗寒能力？目的基因從何而來？,魚的抗凍蛋白基因,.,12,5.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,.,13,（四）利用轉基因改良植物的品質,人體（或其它脊椎動物）必不可少，而機體內(nèi)又不能合成的，必須從食物中補充的氨基酸，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種氨基酸是人體細胞能夠合成的叫做非必需氨基酸。,.,14,你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？ 如何用轉基因的方法加以改良？試舉例說明？,將必需氨基酸含量多的蛋白質編碼基因導入植物 (改變必需氨基酸合成途徑中某種關鍵酶的活性),.,15,轉基因延熟番茄的目的基因是什么？,控制番茄果實成熟的基因,.,16,轉基因矮牽牛的目的基因是什么？,與植物花青素代謝有關的基因,.,17,異想天開,.,18,總結：基因工程在農(nóng)業(yè)上的應用,（1）改良農(nóng)作物的品質 （培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質的品種） （2）培育抗逆性品種將細菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。如轉基因抗蟲棉。,.,19,科學家將菜豆儲存蛋白的基因轉移到向日葵中，培育出了“向日葵豆”植物。這一過程不涉及 C A.DNA按照堿基互補配對原則自我復制 B.DNA以其一條鏈為模板合成RNAC.RNA以自身為模板自我復制 D.按照RNA密碼子的排列順序合成蛋白質,.,20,二、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、建立生物反應器、器官移植等,導入外源生長激素基因,.,21,（二）用于改善畜產(chǎn)品的品質,舉例說明,將腸乳糖酶基因導入奶牛基因組，轉基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。,.,22,,上海醫(yī)學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使 轉基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍，轉基因動物（ B） A．提供基因的動物 B．基因組中增加外源基因的動物 C．能產(chǎn)生白蛋白的動物 D．能表達基因信息的動物,,.,23,（三）用轉基因的動物生產(chǎn)藥物,設問:就基因藥物而言，最理想的表達場所是哪里？,轉基因動物的乳腺。,.,24,（1）乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內(nèi)循環(huán)，不會影響轉基因動物本身的生理代謝反應。（2）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達的蛋白質已經(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，轉基因動物又可無限繁殖。,設問:為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？,.,25,將 基因與 等調控組件重組在一起，通過 等方法，導入哺乳動物的 中，將 其 送入母體，使其發(fā)育成轉基因動物。轉基因動物進入泌乳期后，可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱為乳腺生物反應器或乳房生物反應器。,乳腺生物反應器,乳腺生物反應器的優(yōu)點：①產(chǎn)量高；②質量好；③成本低；④易提取。,,藥物蛋白,乳腺蛋白基因的啟動子,顯微注射,受精卵,.,26,①獲取目的基因（例如血清白蛋白基因） ②構建基因表達載體（在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子） ③顯微注射導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)育成轉基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉入的基因才能表達）。,思考:用基因工程技術實現(xiàn)動物乳腺生物反應器的操作過程是怎樣的？,.,27,繼哺乳動物乳腺發(fā)生器研發(fā)成功后，膀胱生物發(fā)生器的研究也取得了一定進展。最近，科學家培養(yǎng)出一種轉基因小鼠，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： （1）將人的生長激素基因導入小鼠受體細胞，常用方法是___________。 （2）進行基因轉移時，通常要將外源基因轉入_______中，原因是_____________。（3）通常采用_DNA雜交______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_膀胱上皮細胞_______細胞中特異表達。 （5）膀胱生物發(fā)生器比乳腺生物反應器有什么優(yōu)點？,,顯微注射法,受精卵,具全能性，可使外源基因在相應的組織細胞中表達,.,28,（四）用轉基因動物作器官移植的供體,利用基因工程對豬的器官進行改造,方法：將器官供體基因組導入 ， 以抑制的 表達或設法除去 ，再結合克隆技術，培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官,某種調節(jié)因子,抗原決定基因,抗原決定基因,.,29,小結： 基因工程的應用 植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質。 動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質、用轉基因動物生產(chǎn)藥物。,.,30,基因工程是在DNA分子水平上進行設計施工的。在基因操作的基本步驟中，不進行堿基互補配對的步驟是 CA、人工合成目的基因 B、目的基因與運載體結合C、將目的基因導入受體細胞 D、目的基因的檢測和表達,,.,31,1.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構中提取？,從生物的組織、細胞或血液中提取。,2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點:,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,.,32,3.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基因的工程菌，可高效率地生產(chǎn)出各種高質量、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的菌類細胞株系。,基因工程藥品包括：細胞因子（即淋巴因子如白細胞介素—2、干擾素）、抗體、疫苗、激素等,.,33,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，遠不能滿足社會需要。1979年，科學家將動物體內(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)實現(xiàn)了表達。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,.,34,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。現(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因導入大腸桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從 450 L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。,基因工程藥品 —— 生長激素,.,35,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。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胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980－1982年，科學家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內(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,.,36,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)蛋白質類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質的編碼基因，構建成表達載體后導入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質類藥物。有以下優(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。,.,37,1、基因治療概念：,四、基因治療曙光初照,把正常基因導入病人體內(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，是治療遺傳病的最有效的手段。 （把特定的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，從而達到治療疾病的目的）,2、實例：,將腺苷酸脫氨酶基因轉入取自患者的淋巴細胞中，再將這種淋巴細胞轉入患者體內(nèi)。,(1)對嚴重復合型免疫缺陷癥的治療,.,38,1990年9月14日，安德森對一例患ADA缺乏癥的4歲女孩進行基因治療。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，過上了正常人的生活，并進入普通小學上學。,.,39,.,40,患半乳糖血癥的患者，由于細胞內(nèi)半乳糖苷轉移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷轉移酶，使過多的半乳糖在體內(nèi)積聚，引起肝、腦等功能受損。1971年，美國科學家在體外做了試驗，用帶有半乳糖苷轉移酶基因的噬菌體侵染患者的離體組織細胞，結果發(fā)現(xiàn)這些組織細胞能夠利用半乳糖了。這表明，用基因替換的方法治療這種遺傳病是可能的。,(2)半乳糖血癥,.,41,3、基因治療的類型,4、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗階段,5、用于基因治療的基因種類：正常基因、反義基因和自殺基因,.,42,DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。當用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被測基因進行接觸，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,.,43,五、基因芯片,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準圖譜；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?；蛐酒\斷技術以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟、平行化、自動化等特點，將成為一項現(xiàn)代化診斷新技術。,.,44,思考與探究: 根據(jù)所學內(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。,