選修專題一第三節(jié)基因工程的應用第1頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二1、從---------中獲取目的基因2、利用--------擴增目的基因3、通過DNA合成儀用--------直接人工合成一、目的基因的獲取基因文庫PCR技術化學方法基因工程的基本操作程序復習第2頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二二、基因表達載體的構建是基因工程的-------------核心基因表達載體的基本組成元件：

目的基因+啟動子+終止子+標記基因復習第3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二三、將目的基因導入受體細胞①將目的基因導入植物細胞：采用最多的方法是（），其次還有（）和（）。②將目的基因導入動物細胞：最常用的方法是（）。此方法的受體細胞多是（）。③將目的基因導入微生物細胞：（）。復習農桿菌轉化法基因槍法花粉管通道法顯微注射法受精卵Ca＋處理法第4頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二四、目的基因的檢測與鑒定1.首先要檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用（）。2.其次還要檢測目的基因是否轉錄出mRNA，方法是采用（）。3.最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質，方法是采用（）。4.有時還需進行個體生物學水平的鑒定。如（）鑒定等。復習DNA分子雜交技術分子雜交技術抗原—抗體雜交技術抗蟲或抗病的接種第5頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二1.3基因工程的應用基因工程的實際應用領域有：農牧業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、能源、醫(yī)學衛(wèi)生等應用生物：植物、動物、微生物新課第6頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二一、植物基因工程碩果累累(p17)植物基因工程技術主要用于提高農作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱、抗鹽堿等）,以及改良農作物的品質和利用植物生產藥物等方面。1、抗蟲轉基因植物2、抗病轉基因植物3、抗逆轉基因植物4、利用轉基因改良植物的品質第7頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二1、抗蟲轉基因植物抗蟲轉基因植物原理：從某些生物中分離出具有殺蟲活性的基因，將其導入作物中，使其具有抗蟲性，已成為防治作物蟲害的發(fā)展趨勢。此項技術的最大好處：減少化學農藥對環(huán)境的污染且大大降低生產成本抗蟲水稻抗蟲棉第8頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二研究人員從草莓細胞線粒體中克隆了一種酶基因，并將該酶基因導入擬南芥菜并成功表達。使轉基因擬南芥菜能產生兩種吸引益蟲的類萜化合物，從而吸引害蟲的天敵而殺滅蟲害。研究人員指出，培育這種轉基因植物可為植物病蟲害防治提供了新途徑。思維啟迪第9頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二用于殺蟲的基因主要是：(p18)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……例如我國擁有自主知識產權的轉基因抗蟲棉就是植入Bt毒蛋白基因培育而成的，它對棉鈴蟲有較強的抗性。目前已問世的轉基因抗蟲植物主要有:

水稻、棉、玉米、馬鈴薯、番茄、大豆、蠶豆、煙草、蘋果、核桃、楊、菊花和白花三葉草……1、抗蟲轉基因植物抗蟲害的玉米第10頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二抗蟲棉的體細胞內含有的基因是（）

A.Bt毒蛋白基因

B.Bt毒蛋白基因和葉綠體基因

C.Bt毒蛋白基因和棉花的部分基因

D.Bt毒蛋白基因和棉花的全部基因D隨堂練習第11頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二2、抗病轉基因植物1986年，美國Beachy研究小組首次將煙草花葉病毒的外殼蛋白基因導入煙草，培育出抗煙草花葉病毒的煙草植株，開創(chuàng)了抗病毒育種的新途徑?？共∞D基因植物技術原理:從某些生物中分離能抵抗某種病毒的基因，將其導入作物中，使其能夠抵抗某種病毒的感染。通過導入植物病毒的外殼蛋白基因來提高植物的抗病毒能力的技術，已在多種植物病毒中進行了試驗?？共↑S瓜抗病煙草第12頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二條銹病小麥（真菌感染）第13頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二2006年度國家最高科技獎獲得者遺傳學家、小麥育種專家李振聲院士（山東農業(yè)大學校友）抗銹病小麥第14頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二2、抗病轉基因植物成果:抗煙草花葉病毒的轉基因煙草、抗病的轉基因小麥、甜椒、番茄等多種作物。抗病基因種類(P18):(1)抗病毒基因:病毒外殼蛋白基因病毒的復制酶基因(2)抗真菌基因:幾丁質酶基因抗毒素合成基因抗病番茄第15頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二抗病轉基因植物成功表達后，以下說法正確的是

:（）A.抗病毒轉基因植物，可以抵抗所有病毒B.抗病毒轉基因植物，對病毒的抗性具有局限性或特異性C.抗病毒轉基因植物可以抗害蟲D.抗病毒轉基因植物可以穩(wěn)定遺傳，不會變異B隨堂練習第16頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二抗逆轉基因植物原理：

環(huán)境條件對農作物的生產有巨大的影響。例如鹽堿、干旱、低溫、旱澇等不利的環(huán)境，是造成低產、減產的常見因素。從某些生物中分離出具有抗逆性的基因，將其導入作物中，使其具有抵抗鹽堿、干旱、低溫、旱澇等不利的環(huán)境，提高農作物的產量。3、抗逆轉基因植物抗旱抗倒伏晉谷抗鹽堿楊樹第17頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二轉魚抗寒基因的番茄和草莓第18頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二3.抗逆轉基因植物第19頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二抗逆基因種類:

調節(jié)細胞

基因使作物抗堿、抗旱；魚的抗凍蛋白基因使作物

、抗除草劑基因使作物抗

.成果:轉魚抗凍蛋白基因的番茄、煙草，轉基因抗除草劑玉米、大豆……

滲透壓耐寒除草劑3、抗逆轉基因植物耐鹽抗旱玫瑰第20頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二

我國在抗逆基因的分離、克隆和轉化等方面的研究已取得一定進展，克隆了耐鹽堿相關基因，通過遺傳轉化已獲得了耐1％NaCl的苜蓿，耐0.8％NaCl的草莓，耐2％NaCl的煙草。抗逆基因工程作物已進入田間試驗階段。我國科學家劉巖等獲得了耐鹽性明顯提高的轉基因玉米植株。我國科學家張荃等獲得了耐鹽性提高的轉基因番茄。3、抗逆轉基因植物第21頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二4、利用轉基因改良植物的品質

玫瑰花沒有產生藍色色素的基因，無法生長藍色花瓣。雖然玫瑰有5000多年的人工栽培歷史，迄今已培育出2500多個品種,但始終沒有藍玫瑰的身影。

日本三得利公司耗資30億日元培育成藍玫瑰。他們從藍三葉草中提取藍色素基因，將藍花基因植入玫瑰花，培植出藍玫瑰。這株玫瑰的花瓣中所含的色素為藍色，純度接近100%。

第22頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二(1)提高花卉的觀賞價值第23頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二原理：將必需氨基酸含量多的蛋白質編碼基因，導入植物中，或者改變這些氨基酸合成途徑中某種酶的活性的相關基因，以提高氨基酸的含量。（2）提高營養(yǎng)成分的含量第24頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二轉基因水稻“金大米”將水仙花的兩個基因和一種細菌的一個基因一起植入一種名為T309的水稻中，獲得一種水稻新品種。這樣獲得的新水稻富含鐵元素、鋅元素和可轉化為維生素A的胡蘿卜素，能防止貧血和維生素A缺乏癥。第25頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二

這種延熟番茄不易腐爛，不僅便于運輸、貯藏，還可使其留在植株成長更長時間，充分吸收陽光，完全成熟后再運到市場銷售，能保存良久并仍然具有“夏日成熟的滋味”。（3）培育耐儲存植物果實第26頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二二、動物基因工程前景廣闊轉基因熒光豬把水母的綠色熒光蛋白基因轉到豬上2008年1月7日，兩頭剛出生的“熒光豬崽”在紫外光源激發(fā)下發(fā)出綠色熒光。

第27頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二1.用于提高動物生長速度外源生長激素基因的表達可以使轉基因動物生長更快轉（草魚生長激素基因）的鯉魚第28頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二1982年美國科學家將大鼠的生長激素基因注射到小白鼠受精卵中，得到第一只轉基因動物“超級小鼠”。

第29頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二2.用于改善畜產品的品質轉腸乳糖酶基因牛的乳汁，乳糖含量大大降低，其他營養(yǎng)成分不受影響第30頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二3、用轉基因動物作器官移植的供體（P21）

供體動物：存在的難題：解決方法：豬免疫排斥將供體基因組導入某種基因調節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達，或設法除去抗原決定基因，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。?第31頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二獲取目的基因（例如血清蛋白基因）（1）用動物乳腺作為反應器，生產高價值的蛋白質比工廠生產的優(yōu)越之處：（2）用基因工程技術實現(xiàn)動物乳腺生物反應器的操作過程：產量高；質量好；成本低；易提取構建基因表達載體（在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子）顯微注射導入哺乳動物受精卵中形成胚胎將胚胎送入母體動物發(fā)育成轉基因動物（只有在產下的雌性動物個體中，轉入的基因才能表達）4、用轉基因的動物生產藥物（P21)重點第32頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二乳汁中含有人生長激素的轉基因牛(阿根廷)轉基因牛攜帶人血清白蛋白基因的轉基因試管?！疤咸稀保ㄖ袊┑?3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二①乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內循環(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物，產量高，易提純，表達的蛋白質已經過充分的修飾加工，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物的同時，轉基因動物又可無限繁殖。

（3）為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？思考第34頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二(4)膀胱生物反應器

膀胱生物反應器最顯著的優(yōu)勢在于從尿中提取蛋白質比在乳汁中提取簡便、高效。

新思維膀胱反應器有著和乳腺反應器一樣的優(yōu)點：收集產物蛋白比較容易，不必對動物造成傷害。該系統(tǒng)可從動物一出生就收集產物，不論動物的性別和是否正處于生殖期。

第35頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二優(yōu)點：產量高、質量好、成本低、易提取方法：

乳腺生物反應器膀胱生物反應器注意：乳腺生物反應器雌性個體才能生產藥物（5）小結第36頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二侏儒癥第37頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二

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)在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，相當于6萬具尸體的全部產量。生長激素第38頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產量之低和價格之高可想而知（比黃金貴四倍）。

20世紀80年代將人的胰島素基因導入大腸桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產生100g胰島素！使其價格降低了30%-50%!胰島素第39頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二從人血中提取干擾素，300L血才提取1mg！通過基因工程的方式創(chuàng)造了能合成人干擾素的大腸桿菌，每1Kg的培養(yǎng)液可提取20—40mg干擾素干擾素第40頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二在傳統(tǒng)的藥品生產中，某些藥品如胰島素、生長激素、干擾素等是直接從生物體的哪些結構中提取？藥品直接從生物的組織、細胞或血液中提取。傳統(tǒng)生產方法的缺點？由于受原料來源的限制，價格十分昂貴?？衫檬裁捶椒▉斫鉀Q上述問題？利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生產出各種高質量、低成本的藥品。三、基因工程藥品異軍突起（P21)第41頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二工程菌（P21)：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表達的菌類細胞株系。微生物繁殖快，多為單細胞，遺傳物質相對較少，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產。為什么微生物適于做生產轉基因藥物的工程菌？若將生物合成相應藥物成分的基因導入微生物細胞內，讓它們產生相應的藥物，不但能解決產量問題，還能大大降低生產成本。第42頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二我國已生產的產品：白細胞介素-2、干擾素、各種抗體、乙肝疫苗等我國生產的部分基因

工程疫苗和藥物第43頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二人體基因的缺失，導致一些遺傳疾病，應用基因工程技術使缺失的基因歸還人體，達到治療的目的，已成為基因工程在醫(yī)學方面應用的又一重要內容?；蛑委煟壕唧w是指把正?；驅氩∪梭w內，使該基因的表達產物發(fā)揮作用，從而達到治療疾病的目的。四、基因治療曙光初照(P23)第44頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二1、體外基因治療：從病人體內獲得某種細胞，例如T淋巴細胞，進行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉移，再篩選成功轉移的細胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內。四、基因治療曙光初照第45頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二

1990年的9月14日，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的W.FrenchAnderson博士等人獲準實施人類歷史上第一例基因治療的臨床試驗（如圖17）。這名4歲的小女孩AshanthiDeSilva患有重度聯(lián)合免疫缺陷綜合征（severecombinedimmunodeficiency,SCID）。她體內先天性缺少腺苷脫氨酶（AdenosineDeaminase,ADA），致使細胞內脫氧腺苷大量積累，導致T淋巴細胞中毒死亡。由于缺乏正常人的免疫系統(tǒng)，她非常容易受到細菌和病毒的感染?；加羞@種遺傳疾病的小孩通常最后都會因感染而死亡，很難活到成年,所以Ashanthi一直過著一種“與世隔絕”的生活——避免外出，靜靜地呆在家里的無菌環(huán)境中，無休止地使用大量抗生素來與細菌和病毒作斗爭。四、基因治療曙光初照第46頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二四、基因治療曙光初照

在這次基因治療中，科學家從Ashanthi身上抽取血后并分離得到少量白細胞，進行體外培養(yǎng)擴增。然后，他們利用改造后的逆轉錄病毒將正常的人ADA基因轉移到靶細胞里，使白細胞代償性地表達了ADA蛋白。十天以后，這種經過“修飾”的白細胞通過靜脈緩緩地輸回到女孩體中。通過這種治療方式，Ashanthi的免疫系統(tǒng)功能提高了40%以上。她不再反復受到感冒的困擾，對白日咳等疾病也有了一定的免疫，甚至可以開始上學。但是，這并沒有完全治愈Ashanthi，那些經過遺傳改造的細胞只能正常工作幾個月，然后必須要再次重復這個治療過程，才能保證免疫系統(tǒng)繼續(xù)工作。至今，Ashanthi的健康狀態(tài)一直保持良好，她甚至開始讀大學了。小女孩徹底告別了與世隔絕的無菌病房，走進了陽光燦爛的新生活17歲第47頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二2、體內基因治療：直接向人體組織細胞中轉移基因的治病方法。四、基因治療曙光初照

1994年美國科學家利用經過修飾的腺病毒為載體，成功地將治療遺傳性囊性纖維化病的正?；騝fdr

轉入患者肺組織中第48頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二去年9月份，一位18歲美國青年JesseGelsinger因一種在醫(yī)學上稱為鳥氨酸轉氨甲酰酶不足癥的罕見遺傳性疾病而在美國賓夕法尼亞州大學人類基因治療中心接受基因治療時不幸死亡，成為被報道的首例死于基因治療中的患者。

值得提出的是，無論哪一種基因治療目前都處于初期的臨床試驗階段，均沒有穩(wěn)定的療效和完全的安全性，這是當前基因治療的研究現(xiàn)狀?？梢哉f，在沒有完全解釋人類基因組的運轉機制，充分了解基因調控機制和疾病的分子機理之前進行基因治療是十分困難的。

四、基因治療曙光初照第49頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二

21世紀將是基因工程迅速發(fā)展并完善的世紀，也是它產生巨大效益的世紀！基因工程將在醫(yī)療衛(wèi)生、食品工業(yè)、農牧業(yè)、環(huán)保等許多方面發(fā)揮重大的作用！第50頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二小結基因工程的應用植物基因工程抗蟲轉基因植物抗病轉基因植物抗逆轉基因植物改良植物品質動物基因工程提高動物生長速度改善畜產品質量生產藥物用轉基因動物做器官移植供