生物：13《基因工程的應用》課件2(新人教版選修3)

基因工程的應用專題１基因工程一、植物基因工程碩果累累植物基因工程技術主要用于:1、提高農(nóng)作物的抗逆能力2、以及改良農(nóng)作物的品質3、利用植物生產(chǎn)藥物等方面.(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.現(xiàn)在已有哪些抗蟲植物問世?3.抗蟲基因Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等請閱讀P18生物資料技術卡,了解一些抗蟲基因的抗蟲機理。4.抗蟲棉的目的基因是什么?目的基因從何而來?5.我國的轉基因抗蟲棉取得了哪些進展?（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（coatprotein，CP）基因；病毒的復制酶基因拓展：在抗病毒轉基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？關于病毒外殼蛋白基因(CP基因)導入植物后的抗病毒機理，目前有幾種假說。一種假說認為：CP基因在植物細胞內表達積累后，當入侵的病毒裸露核酸進入植物細胞后，會立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復制和翻譯。另一種假說認為：植物細胞內積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細胞染色體上，轉基因植物則有很好的抗性。因此，有人認為抗性機理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。3.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（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？細胞內的滲透壓調節(jié)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3.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4.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含大量維生素的轉基因玉米抗癌抗衰老的紫色西紅柿（四）利用轉基因改良植物的品質（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。如何用轉基因的方法加以改良？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異想天開二、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（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。（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。

（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(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。

設問:為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導入哺乳動物的受精卵中，將受精卵送入母體，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。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？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___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_____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不受性別和發(fā)育時期的限制DNA雜交膀胱上皮細胞（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某種調節(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??？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

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，科學家將動物體內的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內實現(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%?；蚬こ趟幤贰?/p>

胰島素

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)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(chǎn)量?；蚬こ趟幤贰?/p>

生長激素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?；蚬こ趟幤贰?/p>

干擾素利用微生物生產(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。1、基因治療概念：四、基因治療曙光初照

把正?；驅氩∪梭w內，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。(1)對嚴重復合型免疫缺陷癥的治療3、基因治療的類型體外基因治療：先從病人體內獲得某種細胞，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。體內基因治療：直接向人體組織細胞中轉移的治病方法。（如將治療囊性纖維病的正?；蜣D入患者肺組織）4、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處