3.3基因工程的應用課件-高二下學期生物人教版選擇性必修3

1.基因工程的基本操作程序主要包括哪四個步驟？核心步驟是哪一步？2.什么是目的基因？常用的目的基因有哪些？3.什么是PCR？進行PCR需要什么條件？4.PCR大致過程是怎樣的？擴增的結果是什么？PCR的產(chǎn)物通常如何鑒定？5.什么是引物？引物的作用是什么？引物的選擇一般需要注意什么？6.用PCR可以擴增mRNA嗎？7.利用PCR是否成功擴增出DNA片段如何判斷？如果擴增不成功，可能是什么原因造成的？進行電泳鑒定的結果如果不止一條條帶，可能原因是什么？1．構建基因表達載體的目的是什么？一個完整的基因表達載體應該包括哪些元件？什么是啟動子、終止子？什么是起始密碼子？什么是終止密碼子？基因表達載體如何構建？2．將生物的所有DNA直接導入受體細胞不是更簡便嗎？如果這么做，效果會怎樣？3．什么是轉化？轉化植物細胞常用方法有哪些？分別適用于什么植物？4．轉化動物細胞一般用什么方法？通常選用什么細胞作為受體細胞？5．轉化微生物細胞一般采用什么方法？如何使大腸桿菌處于感受態(tài)？選擇大腸桿菌作為受體細胞有何優(yōu)勢？6．目的基因導入受體細胞后，是否穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性，該如何檢測與鑒定.溫故知新第3章基因工程第3節(jié)

基因工程的應用

1.基因工程的應用有哪些？2.怎樣正確看待基因工程在生產(chǎn)和生活中的應用？本節(jié)聚焦：

傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動物的胰腺中獲取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素，需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學家將編碼人胰島素的基因導入大腸桿菌細胞中，使大腸桿菌表達重組人胰島素。除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有哪些應用呢?從社會中來基因工程的應用一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面有哪些應用？二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域有何應用？三、基因工程在食品工業(yè)方面有何應用？關注目的基因的不同關注受體細胞的不同注意什么是基因工程菌？轉基因抗蟲植物轉基因抗除草劑植物轉基因抗病植物改良植物的品質轉基因抗蟲棉轉基因抗病毒甜椒用除草劑后的轉基因抗除草劑玉米田轉基因矮牽牛1、轉基因作物一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用提高動物的生長速率改善畜產(chǎn)品的品質2、轉基因動物轉基因鯉魚轉基因（腸乳糖酶基因）牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用讓轉基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物用轉基因動物作為器官移植的供體對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產(chǎn)藥物醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用1.對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產(chǎn)藥物我國生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細胞生成素和粒細胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場。細胞因子、抗體、疫苗和激素等(1)藥物類型：(2)實例：二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用

干擾素是人體或動物受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種細胞因子，是一種具有干擾病毒復制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等。(1)傳統(tǒng)生產(chǎn)方法：(2)現(xiàn)代生產(chǎn)方法：人干擾素基因質粒重組質粒大腸桿菌或酵母菌可大量生產(chǎn)干擾素的大腸桿菌或酵母菌構建導入培養(yǎng)資料卡從人血液中白細胞提取，每300L血液只能提取1mg干擾素注意：抗生素（抗細菌藥物）≠干擾素（抗病毒藥物）

真核生物的DNA轉錄形成的RNA需要加工處理成為成熟的mRNA后才能作為下一步翻譯的模板，而原核生物不需要。1、人干擾素基因在大腸桿菌中能正常表達出蛋白質嗎？原核生物無剪切內(nèi)含子的酶；采用mRNA逆轉錄獲得無內(nèi)含子的目的基因2、在大腸桿菌中合成的干擾素（糖蛋白）有活性嗎？大腸桿菌中只有核糖體，沒有內(nèi)質網(wǎng)和高爾基體等其它細胞器，不能加工形成有活性的干擾素/胰島素。大腸桿菌酵母菌閱讀教材有關內(nèi)容，梳理利用基因工程等技術獲得乳腺生物反應器的流程圖。2.讓轉基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用2.讓轉基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物(1)實例：乳腺生物反應器（乳房生物反應器）(2)培育過程：藥用蛋白基因乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件基因表達載體受精卵泌乳期分泌乳汁轉基因動物藥物蛋白顯微注射胚胎胚胎移植讓藥用蛋白基因只在乳腺細胞中表達二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用胚胎移植前應做DNA分析，鑒定性別，保留雌性。(1)動物乳腺有完整的蛋白質翻譯后修飾系統(tǒng)，生產(chǎn)的蛋白質活性高，更穩(wěn)定。2.讓轉基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物(3)優(yōu)點：目前已經(jīng)在牛、山羊等動物的乳腺生物反應器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品(2)產(chǎn)物直接經(jīng)乳汁分泌，易提取。二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用藥用蛋白基因膀胱上皮細胞中特異表達的基因的啟動子等調控元件基因表達載體受精卵轉基因動物藥物早期胚胎培養(yǎng)早期胚胎顯微注射胚胎移植培育過程膀胱生物反應器尿液拓展：用基因工程技術獲得膀胱生物反應器的流程圖?膀胱生物反應器哪些方面優(yōu)于乳腺生物反應器?(1)正常尿液中蛋白質含量很少，所以從尿液中更容易提取分離產(chǎn)物。

(2)不受性別限制，受體來源更廣泛。(3)不受年齡限制。比較內(nèi)容乳腺生物反應器工程菌基因結構基因表達生產(chǎn)條件藥物提取乳腺生物反應器與基因工程菌生產(chǎn)藥物比較動物基因結構與人類的基因結構基本相同細菌和酵母菌的基因結構與人類有較大差異不需嚴格滅菌；溫度等外界條件對其影響不大從動物乳汁中提取細菌合成的藥物蛋白可能沒有活性需嚴格滅菌；嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質濃度等外界條件從微生物細胞或其培養(yǎng)液中提取合成的藥物蛋白與天然蛋白質相同3.用轉基因動物作為器官移植的供體（1）選用豬作為器官移植供體的原因：①豬的內(nèi)臟構造、大小、血管分布與人的極為相似。②與靈長類動物相比，豬體內(nèi)隱藏的、可導致人類疾病的病毒要少得多。（2）難題：免疫排斥二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用3.用轉基因動物作為器官移植的供體（3）解決辦法：在器官供體的基因組中導入某種調節(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，然后再結合克隆技術，培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用目的基因2022年1月7日，馬里蘭大學醫(yī)學院進行了世界首例活人成功植入基因編輯豬心臟的手術，57歲的心臟病患者大衛(wèi)·貝內(nèi)特（DavidBennett）接受了一顆經(jīng)過基因編輯的豬心臟以挽救生命。2022年3月8日，大衛(wèi)·貝內(nèi)特因病情惡化而不幸去世，這顆豬心臟讓他延長了2個月壽命。異種器官移植之路道阻且長1.基因工程菌——用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類。（1）產(chǎn)品：藥物、酶、氨基酸和維生素等——阿斯巴甜，一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可通過基因工程實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。三、基因工程在食品工業(yè)方面的應用基因工程構建基因工程菌工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)——凝乳酶：大多數(shù)奶酪的生產(chǎn)需要使用凝乳酶來凝聚固化奶中的蛋白質。1.基因工程菌（1）產(chǎn)品：酶、氨基酸和維生素等三、基因工程在食品工業(yè)方面的應用將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶.——淀粉酶、脂酶：加工轉化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通過構建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術大量生產(chǎn)。1.基因工程菌（1）產(chǎn)品：酶、氨基酸和維生素等三、基因工程在食品工業(yè)方面的應用純度更高、生產(chǎn)成本顯著降低、生產(chǎn)效率較高基因工程獲得的工業(yè)用酶的優(yōu)點：利用經(jīng)過基因改造的微生物生產(chǎn)清潔能源培育可以降解多種污染物的“超級細菌”治理環(huán)境污染——基因工程在其它方面的應用

基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來拓展毒物誘導型啟動子S在毒物誘導下可啟動轉錄。研究人員將PCR擴增得到的毒物誘導型啟動子S（如圖2，圖中箭頭表示轉錄方向）插入圖1載體的P區(qū)，構建表達載體并轉入大腸桿菌，獲得能夠檢測水中毒物的大腸桿菌M。回答下列問題：(1)人工構建pBR322質粒除了含特定限制酶切割位點、標記基因、復制原點外，還必須有_____________（答出兩點）等?；蛑袉幼拥淖饔檬莀_____________________。(2)切割質粒載體最好用兩種限制酶，而啟動子S上不含有這些限制酶的酶切位點，需要在引物_______（5’、3’）上添加。圖2中引物Ⅰ、Ⅱ分別加入限制酶________________的識別序列。啟動子、終止子RNA聚合酶識別和結合的部位，驅動基因轉錄出mRNA(3)用Ca2+處理大腸桿菌，便于轉入構建好的表達載體?？梢允褂锰砑觃_________的培養(yǎng)基篩選轉入載體的菌株。(4)請寫出利用大腸桿菌M檢測水體是否被毒物污染的實驗思路，并預期實驗結果及結論。實驗思路：____________。預期實驗結果及結論：____________。實時熒光RT-PCR可用于RNA病毒的核酸檢測，其原理是∶在PCR復性過程中探針和引物一起與模板結合，探針兩側分別帶有熒光基團和抑制熒光發(fā)出的淬滅基團，新鏈延伸過程中，DNA聚合酶會水解探針，導致熒光基團與淬滅基團分離而發(fā)出熒光。利用RT-PCR進行核酸檢測的相關過程如圖所示。下列說法錯誤的是（

）A．做RT-PCR之前，需要先根據(jù)cDNA的核苷酸序列合成引物和探針B．RNA不能作為PCR擴增的模板，故需要將樣本中的RNA反轉錄為DNA后再進行擴增C．若檢測結果有強烈熒光信號發(fā)出，說明被檢測者沒有感染病毒D．病毒檢測還可以檢測病毒的物質或病毒引發(fā)產(chǎn)生的抗體，其原理都是抗原-抗體雜交C

鞏固練習

每擴增一條DNA鏈，就有一個熒光分子產(chǎn)生。熒光定量PCR儀能夠監(jiān)測出熒光到達預先設定閾值的循環(huán)數(shù)（Ct值），病毒核酸濃度越高，Ct值越_______。不同生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品會依據(jù)自身產(chǎn)品的性能確定本產(chǎn)品的陽性判斷值。越小4．如圖表示科研人員利用乙烯合成酶的反義基因，通過轉基因技術獲得耐儲存的轉基因番茄的過程。下列相關敘述錯誤的是(

)23567891112141013A．該轉基因技術所用的目的基因是乙烯合成酶基因B．乙烯合成酶的反義基因與乙烯合成酶基因的區(qū)別是轉錄的模板鏈不同C．由圖可知過程⑤依據(jù)的原理是堿基互補配對原則D．轉基因番茄中乙烯含量低的原因可能是乙烯合成酶基因的翻譯過程受阻A小結轉基因抗蟲植物基因工程的應用農(nóng)牧業(yè)方面醫(yī)藥衛(wèi)生領域轉基因抗病植物轉基因抗除草劑植物改善畜產(chǎn)品的品質提高動物的生長速率改良植物的品質利用哺乳動物批量生產(chǎn)藥物：乳腺生物反應器建立移植器官工廠食品工業(yè)方面利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸、維生素利用微生物或動植物細胞生產(chǎn)藥物課后作業(yè)：練習與應用一.概念檢測1.將大腸桿菌的質粒連接上人生長激素的基因后，重新導入大腸桿菌的細胞內(nèi)，再通過發(fā)酵工程就能大量生產(chǎn)人生長激素。下列相關敘述正確的是（）A.轉錄生長激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B.發(fā)酵產(chǎn)生的生長激素屬于大腸桿菌的初生代謝物C.大腸桿菌獲得的能產(chǎn)生人生長激素的變異可以遺傳D.大腸桿菌質粒標記基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等C練習與應用一.概念檢測2.基因工程應用廣泛，成果豐碩。下列不屬于基因工程應用的是（）A.培育青霉菌并從中提取青霉素B.利用乳腺生物反應器生產(chǎn)藥物C.制造一種能降解石油的“超級細菌"D.制造一種能產(chǎn)生干擾素的基因工程菌A練習與應用二、拓展應用除草劑的有效成分草甘膦能夠專一地抑制EPSP合酶的活性，從而使植物體內(nèi)多種代謝途徑受到影響而導致植物死亡。草甘膦沒有選擇性，它在除掉雜草的同時也會使作物受損。解決這個問題的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。（1）下面是探究“轉入外源EPSP合酶基因能否使矮牽?？共莞熟ⅰ钡牧鞒?，請補充完整。①用_____________________________等處理含有目的基因的DNA片段和T質粒，構建重組Ti質粒；②將重組Ti質粒轉入農(nóng)桿