基因工程及其應(yīng)用.ppt

第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用,能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚,普通熱帶斑馬魚是不發(fā)熒光的,轉(zhuǎn)基因鮭魚,同時(shí)具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和抗逆性等優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物新品種.,抗蟲害的玉米,問題探討,討論：1、為什么把人的胰島素基因轉(zhuǎn)入到細(xì)菌中能表達(dá)產(chǎn)生胰島素？2、你猜猜怎樣才能把人胰島素基因轉(zhuǎn)入到大腸桿菌中去？,轉(zhuǎn)入人胰島素基因的大腸桿菌,所有的生物共用一套遺傳密碼。,基因工程：又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。,一、基因工程,目的基因,受體細(xì)胞,獲得新性狀,（人的細(xì)胞）,（大腸桿菌）,人的細(xì)胞,DNA,人的胰島素基因怎樣提??？,一、基因工程的基本工具,（1）基因的“剪刀”：限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）,一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。,如:EcoRI限制酶,大腸桿菌的一種ECORI限制酶識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開）。,一、基因工程的基本工具,（1）基因的“剪刀”：限制性核酸內(nèi)切酶,黏性末端,產(chǎn)生黏性未端（堿基互補(bǔ)配對(duì)）。,黏性末端,如果幾個(gè)DNA分之被同一種限制酶切斷的是否具有相同的黏性末端？,思考:,是,GAATTCCGTAGAATTCGGATT,CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA,CATCT,ATC,嘗試寫出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端,CTTCATGAATTCCCTAA,GAAGTACTTAAGGGATT,練一練:,GTAGA,TAG,如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會(huì)怎樣呢？,練一練:,如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會(huì)怎樣呢？,會(huì)產(chǎn)生相同的黏性末端，末端可以相互黏合，這種黏合只能使互補(bǔ)的堿基連接起來。,脫氧核糖和磷酸交替連接而構(gòu)成的DNA骨架缺口并未縫合？,、基因的針線DNA連接酶,DNA連接酶的作用是：脫氧核糖和磷酸交替連接而構(gòu)成的DNA骨架缺口縫合。,這樣得到的DNA分子是一個(gè)重組DNA分子！,人的細(xì)胞,DNA,A,2、要得到人胰島素基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端？,T,G,C,T,A,C,A,C,T,T,A,A,G,C,G,C,T,T,A,A,G,C,要切兩個(gè)切口，產(chǎn)生四個(gè)黏性末端。,人的細(xì)胞,DNA,3、如何將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞？,這需要專門的運(yùn)輸工具，這就是運(yùn)載體！,你知道哪些可以當(dāng)作運(yùn)載體嗎？,常用的運(yùn)載體有質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等。,你知道質(zhì)粒存在于哪些生物中嗎？,細(xì)菌、以及酵母菌等生物中,人的細(xì)胞,DNA,質(zhì)粒是存在于細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體而自主復(fù)制的環(huán)狀雙鏈DNA分子。,標(biāo)記基因,如何將目的基因和運(yùn)載體結(jié)合？,首先將運(yùn)載體取出。,人的細(xì)胞,DNA,1、用什么限制酶切？,2、為什么要用同一種限制酶切？,切出相同的黏性末端，剛好能堿基互補(bǔ)配對(duì)。,用同種限制酶切。,這樣得到的DNA分子稱為。,DNA連接酶,DNA連接酶,連接脫氧核糖和磷酸交替連接而構(gòu)成的DNA骨架上的缺口。,抗生素抗性基因,人胰島素基因,將重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞,4、如何檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞中？,根據(jù)受體細(xì)胞中是否具有標(biāo)記基因表現(xiàn)出的性狀，來判斷目的基因是否導(dǎo)入。,用含抗生素的培養(yǎng)基檢測(cè)大腸桿菌中是否導(dǎo)入了重組質(zhì)粒,5、如果導(dǎo)入了目的基因，目的基因一定會(huì)表達(dá)嗎？,不一定。,基因工程的基本操作步驟：,四步曲：,1、提取目的基因,2、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合,3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,4、目的基因的檢測(cè)和表達(dá),基因工程,基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù),生物體外,基因,DNA分子水平,剪切拼接導(dǎo)入表達(dá),人類需要的基因產(chǎn)物,基因工程的別名,操作環(huán)境,操作對(duì)象,操作水平,基本過程,結(jié)果,原理,基因重組,基因工程的概念是什麼？基因操作的工具酶有幾種？分別是什麼？基因的剪刀是什麼？結(jié)果？基因的針線是什麼？基因的運(yùn)輸工具是什麼？最常用的運(yùn)載體是什麼？質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)是什麼？,復(fù)習(xí),我國(guó)生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物,1、基因工程與藥物研制,許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價(jià)格往往十分昂貴。,微生物生長(zhǎng)迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。,二、基因工程的應(yīng)用,胰島素從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。,將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價(jià)格降低了30%-50%!,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204mg干擾素,人造血液及其生產(chǎn),轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒,2、基因工程與作物育種,3、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性,1993年12月24日，中華人民共和國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)頒布了基因工程安全管理辦法，由總則、安全等級(jí)和安全性評(píng)價(jià)、申報(bào)和審批、安全控制措施、法律責(zé)任和附則共六章組成。2019年7月，中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部頒布了農(nóng)業(yè)生物基因工程安全管理實(shí)施辦法。2019年，農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生物基因工程安全管理辦公室和農(nóng)業(yè)部生物基因工程安全委員會(huì)共對(duì)2批68項(xiàng)申請(qǐng)進(jìn)行了評(píng)審，同意商品化申請(qǐng)2項(xiàng)、同意環(huán)境釋放10項(xiàng)，同意和認(rèn)可中間試驗(yàn)39項(xiàng)，暫不同意或不認(rèn)可16項(xiàng)。,人的細(xì)胞,DNA,質(zhì)粒是存在于細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體而自主復(fù)制的環(huán)狀雙鏈DNA分子。,DNA連接酶,重組DNA分子,抗生素抗性基因,人胰島素基因,將重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞,4、如何檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞中？,根據(jù)受體細(xì)胞中是否具有標(biāo)記基因表現(xiàn)出的性狀，來判斷目的基因是否導(dǎo)入。,5、如果導(dǎo)入了目的基因，目的基因會(huì)表達(dá)嗎？,目的基因表達(dá)，產(chǎn)生胰島素。,1、雜交育種是否能在兩個(gè)不同的物種間（如水稻和棉花）進(jìn)行？,2、有沒有哪種生物技術(shù)能有效地打破物種的界限，把一種生物的基因?qū)肓硪环N生物中，定向地改造生物的遺傳性狀？,不能，只能在同種生物內(nèi)進(jìn)行。,基因工程,人的細(xì)胞,DNA,1、人的胰島素基因怎樣提取？,限制酶主要存在于微生物中。,人的細(xì)胞,DNA,A,2、要得到人胰島素基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端？,T,G,C,T,A,C,A,C,T,T,A,A,G,C,G,C,T,T,A,A,G,C,要切兩個(gè)切口，產(chǎn)生四個(gè)黏性末端。,人的細(xì)胞,DNA,3、如何將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞？,這需要專門的運(yùn)輸工具，這就是運(yùn)載體！,你知道哪些可以當(dāng)作運(yùn)載體嗎？,常用的運(yùn)載體有質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等。,你知道質(zhì)粒存在于哪些生物中嗎？,細(xì)菌、以及酵母菌等生物中,人的細(xì)胞,DNA,質(zhì)粒是存在于細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體而自主復(fù)制的環(huán)狀雙鏈DNA分子。,標(biāo)記基因,如何將目的基因和運(yùn)載體結(jié)合？,首先將運(yùn)載體取出。,人的細(xì)胞,DNA,1、用什么限制酶切？,2、為什么要用同一種限制酶切？,切出相同的黏性末端，剛好能堿基互補(bǔ)配對(duì)。,用同種限制酶切。,這樣得到的DNA分子稱為。,DNA連接酶,DNA連接酶,連接脫氧核糖和磷酸交替連接而構(gòu)成的DNA骨架上的缺口。,抗生素抗性基因,人胰島素基因,將重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞,4、如何檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞中？,根據(jù)受體細(xì)胞中是否具有標(biāo)記基因表現(xiàn)出的性狀，來判斷目的基因是否導(dǎo)入。,用含抗生素的培養(yǎng)基檢測(cè)大腸桿菌中是否導(dǎo)入了重組質(zhì)粒,5、如果導(dǎo)入了目的基因，目的基因一定會(huì)表達(dá)嗎？,不一定。,在上述基因工程中，你能說出基因工程的步驟嗎？,基因工程的基本操作步驟：,四步曲：,1、提取目的基因,2、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合,3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,4、目的基因的檢測(cè)和表達(dá),基因工程,基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù),生物體外,基因,DNA分子水平,剪切拼接導(dǎo)入表達(dá),人類需要的基因產(chǎn)物,基因工程的別名,操作環(huán)境,操作對(duì)象,操作水平,基本過程,結(jié)果,原理,基因重組,基因工程的概念是什麼？基因操作的工具酶有幾種？分別是什麼？基因的剪刀是什麼？結(jié)果？基因的針線是什麼？基因的運(yùn)輸工具是什麼？最常用的運(yùn)載體是什麼？質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)是什麼？,復(fù)習(xí),我國(guó)生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物,1、基因工程與藥物研制,許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價(jià)格往往十分昂貴。,微生物生長(zhǎng)迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。,二、基因工程的應(yīng)用,胰島素從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。,將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價(jià)格降低了30%-50%!,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204mg干擾素,人造血液及其生產(chǎn),轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒,2、基因工程與作物育種,3、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性,1993年12月24日，中華人民共和國(guó)國(guó)家科學(xué)技