高二生物選修基因工程PPT課件

解決培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟需要哪些工具？,關(guān)鍵步驟一的工具：關(guān)鍵步驟二的工具：關(guān)鍵步驟三的工具：,基因的剪刀限制性內(nèi)切酶基因的針線DNA連接酶基因的運載工具運載體,識別雙鏈DNA 分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。,主要是從原核生物中分離純化出來的一種酶。能將外來的DNA切斷，由于這種切割作用是在DNA分子內(nèi)部進行的，故名限制性內(nèi)切酶。,4000種。,形成兩種末端,一、 “分子手術(shù)刀” 限制性核酸內(nèi)切酶,二、 “分子縫合針” DNA連接酶,1、種類：2、作用部位：,兩類,磷酸二酯鍵,DNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，即把梯子兩邊扶手的斷口連接起來，這樣一個重組的DNA分子就形成了。,“分子縫合針”DNA連接酶,1、作用：恢復(fù)被限制性內(nèi)切酶切開了的兩個 的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵,2、分類：從大腸桿菌中分離得到 從T4噬菌體分離得到,3、區(qū)別：E.coli連接黏性末端 T4既能連接黏性末端，又可以連接 平末端（效率低）,“分子運輸車”基因進入細胞的載體,1、常用載體：質(zhì)粒、噬菌體衍生物、動植物病毒2、質(zhì)粒：最常用的載體 是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨立于擬核 之外、并具有自我復(fù)制能力的雙鏈DNA 分子,基因工程的基本操作程序主要包括四個基本步驟：,1）目的基因的獲取2）基因表達載體的構(gòu)建3）將目的基因?qū)胧荏w細胞4）目的基因的檢測與鑒定,返回,2目的基因與運載體結(jié)合,首先要用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使質(zhì)粒出現(xiàn)一個切口，露出黏性末端。,然后用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端。,將切下的目的基因的片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，質(zhì)粒的黏性末端與目的基因DNA片段的黏性末端就會因堿基互補配對而結(jié)合，形成了一個重組DNA分子。,常用的受體細胞：,有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動植物細胞等。,將目的基因?qū)胧荏w細胞的原理,借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑。,步驟三：目的基因?qū)胧荏w細胞-轉(zhuǎn)化,3將目的基因?qū)胧荏w細胞,受體細胞：細菌,細胞壁的通透性增大,重組質(zhì)粒進入受體細胞,目的基因隨受體細胞的繁殖而復(fù)制,氯化鈣,基因工程中常用的受體細胞有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動植物細胞等。,受體細胞的選擇,1、原核生物細胞：,（1）優(yōu)點：容易攝取外界的基因（目的基因），繁殖快，便于培養(yǎng)和基因操作,（2）主要生物：大腸桿菌、藍藻,2、真核生物細胞：,主要生物,酵母,植物細胞活的植物離體體細胞在合適的培養(yǎng)條件下比較容易再分化成植株（轉(zhuǎn)基因植物）,動物細胞常采用生殖細胞、受精卵細胞或胚胎細胞（轉(zhuǎn)基因動物）,返回,四、目的基因的檢測與鑒定,1、檢測與鑒定的目的,目的基因進入受體細胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性,檢測目的基因是否插入了轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上,2、,檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì),另外：個體生物學(xué)水平的鑒定,思考：檢測mRNA 是否合成，可以用分子雜交的方法嗎？,#檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì),抗原抗體雜交,#個體生物學(xué)水平的鑒定,不能，受體細胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達。,受體細胞攝入DNA分子后就說明目的基因完成了表達嗎？,若不能表達，要對抗蟲基因再進行修飾。,基因工程的應(yīng)用,農(nóng)牧業(yè)工業(yè)環(huán)境保護能源醫(yī)藥衛(wèi)生,1973年,由美國科學(xué)家科恩等人用重組DNA技術(shù)首次獲得轉(zhuǎn)基因大腸桿菌。從此以后，基因工程作為一個新興的研究領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展:,一、植物基因工程碩果累累,轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力,以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面.,基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用：,1）高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質(zhì)的品種 用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質(zhì)含量。如“向日葵豆”植株。 2）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(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。,迄今為止，人們已獲得了數(shù)百種轉(zhuǎn)基因植物：抗病、抗蟲、抗除草劑、抗逆、作物的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、果蔬儲存、作物的固氮能力、藥物生產(chǎn)及環(huán)境美化等,1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,2.抗病轉(zhuǎn)基因植物,3.其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物,畜牧養(yǎng)殖業(yè)：培養(yǎng)具有各種優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物（具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率、高質(zhì)量的皮毛）,方法：將某些特定基因與病毒DNA構(gòu)成重組DNA，然后通過感染或顯微注射技術(shù)將重組DNA轉(zhuǎn)移到動物受精卵中,動物基因工程前景廣闊,二、動物基因工程前景廣闊,1.用于提高動物生長速度,2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),3.用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物,1、傳統(tǒng)制藥：直接從生物體的組織、細胞或血液中提取,例：45克/100公斤豬、牛的胰腺,缺點：產(chǎn)量低、價格昂貴,2.“工程菌”制藥,（1）什么叫“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細胞株系。（如：含有人胰島素基因的大腸桿菌菌株、含有抗蟲基因的土壤農(nóng)桿菌菌株）,例：100克/2000升大腸桿菌培養(yǎng)液,（2）優(yōu)點：高質(zhì)量、低成本,（3）基因工程藥品：60余種,生長激素釋放抑制素參與生長的調(diào)節(jié) 可用來治療肢端肥大癥、急性胰腺炎等疾病胰島素治療糖尿病TPA（組織纖維酶原激活劑） 治療心臟、 肺、腦血栓病 EPO（促紅細胞生成素）治療腎功能受損 引起的貧血、出血白細胞介素-2治療腫瘤和感染性疾病 還有干擾素、生長激素、溶血栓劑、凝血因子、人造血液代用品、基因疫苗等等,繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物。 該過程的重要步驟是通過感染或顯微注射技術(shù)將重組DNA轉(zhuǎn)移到動物受精卵中。,基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用主要是什么？,將人的生長激素基因和牛的生長素基因分別注射到小白鼠受精卵中，得到的“超級小鼠”。,用口徑為1m的DNA注射器，將大量的目的基因片段注入到受精卵的核內(nèi)，然后把經(jīng)過注射的受精卵移植到另一只雌性動物的子宮內(nèi)，使受精卵發(fā)育為轉(zhuǎn)基因動物。,什么叫顯微注射技術(shù)？,在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素直接生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提?。?藥品直接從生物的組織、細胞或血液中提取。,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。,可利用什么方法來解決上述問題？,利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。,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45g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(xué)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,干擾素是病毒侵入細胞后產(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。此外干擾素對治療某些癌癥和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。19801982年，科學(xué)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,日本生產(chǎn)的干擾素,干擾素治療30多種有病毒傳染的疾病，如：水痘、乙型和丙型肝炎、狂犬病，也可治療乳腺癌、骨髓瘤、淋巴瘤、白血病、黑色素瘤、腦瘤等常見病、多發(fā)病。其中，-干擾素對愛滋病的治療也有一定的療效。,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?qū)氪竽c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(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。,基因工程藥品 生長激素,轉(zhuǎn)基因動物的乳腺。,就基因藥物而言，最理想的表達場所是哪里？,是指把人或哺乳動物的某種基因?qū)氲讲溉閯游?如鼠、兔、羊和豬)的受精卵里，目的基因若與受精卵染色體DNA整合，細胞分裂時，該基因隨染色體的倍增而倍增，使每個細胞中都帶有目的基因，使性狀得以表達，并穩(wěn)定地遺傳給后代，從而獲得基因產(chǎn)品。這樣一種新的個體，稱為轉(zhuǎn)基因動物。,什么叫轉(zhuǎn)基因動物？,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(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應(yīng)。 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(zhì)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(zhuǎn)基因動物又可無限繁殖。,為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？,4.用轉(zhuǎn)基因的動物作器官移植的供體,5.基因工程藥品異軍突起,1.植物基因工程碩果累累 1）抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 2）抗病轉(zhuǎn)基因植物 3）抗逆轉(zhuǎn)基因植物 4）改良植物品質(zhì)2.動物基因工程前景廣闊 1）提高動物生長速度 2）改善畜產(chǎn)品質(zhì)量 3）生產(chǎn)藥物 4）用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體,4.基因治療曙光初照 1）基因治療的種類和方法： 體外基因治療：eg.腺苷酸脫氨酶基因的轉(zhuǎn)移 體內(nèi)基因治療： 2）基因治療的現(xiàn)狀：,基因診斷：,也稱為DNA診斷或基因探針技術(shù)，即在DNA水平分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進行診斷。 探針制備：放射性同位素(如32P)、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子； 原 理：利用DNA分子雜交原理；,1、基因診斷：用放射性同位素、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子作探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被測標(biāo)本上的遺傳信息。,-珠蛋白的DNA探針 檢測鐮刀型細胞貧血癥 苯丙氨酸羥化酶基因探針 檢測苯丙酮尿癥 腫瘤診斷：白血病癌基因制備的探針 檢測白血病,基因探針：,基因探針就是一段與目的基因或DNA互補的特異核苷酸序列。它包括整個基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之轉(zhuǎn)錄而來的RNA。,DNA分子雜交原理：,DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。其基本原理是：互補的DNA單鏈能夠在一定條件下結(jié)合成雙鏈，即能夠進行雜交。這種結(jié)合是特異的，即嚴(yán)格按照堿基互補配對進行。因此，當(dāng)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。,2.基因治療：,是指是把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，達到治療疾病的目的。,患半乳糖血癥的患者，由于細胞內(nèi)半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷轉(zhuǎn)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(xué)家在體外做了試驗，用帶有半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因的噬菌體侵染患者的離體組織細胞，結(jié)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。,首例基因治療的受益者 （美國1991年）,到1998年底，世界范圍內(nèi)累計3134人接受了基因轉(zhuǎn)移試驗,基因工程與食品業(yè),基因工程為人類開辟新的食物來源。 1）雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達獲得成功。這表明，未來能用發(fā)酵罐培養(yǎng)的大腸桿菌或酵母菌來生產(chǎn)人類所需要的卵清蛋白。 2）用基因工程的方法從微生物中獲得人們所需要的糖類、脂肪和維生素等產(chǎn)品。,基因工程為食品工業(yè)中提供了什么前景？,基因工程與環(huán)境保護,1）用于環(huán)境監(jiān)測。2）用于被污染環(huán)境的凈化。,基因工程在環(huán)保方面有什么應(yīng)用？,例如：用DNA探針可以檢測飲用水中病毒的含量。此方法的特點是快速、靈敏，1噸水中有10個病毒也能檢測出來。,通過基因工程方法怎樣進行環(huán)境監(jiān)測？,基因工程與環(huán)境保護,應(yīng)用：環(huán)境檢測、被污染環(huán)境的凈化,環(huán)境檢測DNA探針檢測飲用水中病毒的含量 優(yōu)點快速、靈敏、精確度高,環(huán)境凈化假單孢桿菌能分解石油,一種假單孢桿菌只能分解石油中的一種成分（烴類）, “超級細菌”（假單孢桿菌）能分解四種烴類,能“吞噬”汞的細菌，能降解土壤中DDT的細菌，能凈化鎘污染的植物,1）用基因工程產(chǎn)物“超級細菌”分解石油，可以大大提高細菌分解石油的效率。具體方法：將能分解三種烴類的假單孢桿菌的基因都轉(zhuǎn)移到能分解另一種烴類的假單孢桿菌內(nèi)，創(chuàng)造出了能同時分解四種烴類的“超級細菌”。 2）用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。 3）通過基因重組構(gòu)建新的殺蟲劑，取代生產(chǎn)過程中耗能多、易造成環(huán)境污染的農(nóng)藥，并試圖通過基因工程回收和利用工業(yè)廢物。,通過基因工程方法怎樣凈化被污染的環(huán)境？,基因工程的應(yīng)用,植物基因工程,抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗病轉(zhuǎn)基因植物抗逆轉(zhuǎn)基因植物改良植物品質(zhì),動物基因工程,提高動物生長速度改善畜產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植供體基因工程藥物異軍突起,基因治療,1基因治療是指 （ ）A、把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎校_到治療疾病的目的B.  對有缺陷的細胞進行修復(fù)，從而使其恢復(fù)正常，達到治療疾病的目的C. 運用人工誘變的方法，使有基因缺陷的細胞發(fā)生基因突變回復(fù)正常D. 運用基因工程技術(shù)，把有缺陷的基因切除，達到治療疾病的目的,2在人類染色體DNA不表達的堿基對中，有一部分是串聯(lián)重復(fù)的短序列，它們在個體之間有顯著的差異性，這種短序列可用于A生產(chǎn)基因工程藥物 B偵查罪犯C遺傳病的產(chǎn)前診斷 D基因治療,3基因探針的組成不可能是,A整個基因，或基因的一部分；B可以是DNA本身，C也可以是由之轉(zhuǎn)錄而來的RNA。D一條多肽,4我國科學(xué)家成功地將人的抗病毒干擾素基因轉(zhuǎn)移到煙草DNA分子上，從而使煙草獲得了抗病毒的能力。這項技術(shù)所依據(jù)的遺傳學(xué)原理主要是A堿基的互補配對原則 B中心法則C基因分離定律 D基因重組,5下圖示一項重要生物技術(shù)的關(guān)鍵步驟，字母X可能代表AA不能合成胰島素的細菌細胞 B能合成抗體的人類細胞；CC能合成胰島素的細菌細胞； D不能合成抗生素的人類細胞,6上海醫(yī)學(xué)遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍，轉(zhuǎn)基因動物是指（ ）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,7下列屬于利用基因工程技術(shù)培育的新品種的是（ ）、耐寒的小黑麥、抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、太空椒、試管牛,8下列不屬于利用基因工程技術(shù)制取的藥物是（） A、從大腸桿菌體內(nèi)制取白細胞介素 B、在酵母菌體內(nèi)獲得的干擾素 CC、在青霉菌體內(nèi)提取青霉素 D、在腸桿菌體內(nèi)獲得胰島素,1）以下說法正確的是 （ ） A、所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列 B、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運載體 C、載體必須具備的條件之一是：具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接 D、基因控制的性狀都能在后代表現(xiàn)出來,C,鞏固練習(xí),2）下列不是基因載體具備的條件的是 A、能自我 復(fù)制 （ ） B、有多個限制酶切點 C、具有標(biāo)記基因 D、它是環(huán)狀DNA,D,鞏固練習(xí),3）有關(guān)基因工程的敘述中，錯誤的是（ ） A、DNA連接酶將黏性末端的堿基對連接起來 B、 限制性核酸內(nèi)切酶用于目的基因的獲得 C、目的基因須由載體導(dǎo)入受體細胞 D、 人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶,A,鞏固練習(xí),4）有關(guān)基因工程的敘述正確的是 （ ） A、限制酶只在獲得目的基因時才用 B、重組質(zhì)粒的形成在細胞內(nèi)完成 C、質(zhì)粒都可作為載體 D、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可為合成目的基因提供資料,D,鞏固練習(xí),5）基因工程是在DNA分子水平上進行設(shè)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 （ ） A、人工合成目的基因 B、目的基因與載體結(jié)合 C、將目的基因?qū)胧荏w細胞 D、目的基因的檢測和表達,C,鞏固練習(xí),6。下列關(guān)于質(zhì)粒的敘述，正確的是 A、質(zhì)粒是廣泛存在于細菌細胞中的一種顆粒狀細胞器 B、質(zhì)粒是細菌細胞質(zhì)中能夠自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子 C、質(zhì)粒只有在導(dǎo)入宿主細胞后才能在宿主細胞內(nèi)復(fù)制 D、細菌質(zhì)粒的復(fù)制過程一定是在宿主細胞外獨立進行的,7科學(xué)家將含人的-抗胰蛋白酶基因的DNA片段，注射到羊的受精卵中，該受精卵發(fā)育的羊能分泌含-抗胰蛋白酶的奶。這一過程不涉及（）A DNA按照堿基互補配對原則自我復(fù)制B DNA以其一條鏈為模板合成RNAC 按照RNA密碼子的排列順序合成蛋白質(zhì)D RNA以自身為模板自我復(fù)制,8在基因工程中，科學(xué)家所用的“剪刀”、“針線”和“運載體”分別是指( )A.大腸桿菌病毒、質(zhì)粒、DNA連接酶 B.噬菌體、質(zhì)粒、DNA連接酶 C.DNA限制酶、RNA連接酶、質(zhì)粒 D.DNA限制酶、DNA連接酶、質(zhì)粒,9人們常選用的細菌質(zhì)粒分子往往帶有一個抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是 A.提高受體細胞在自然環(huán)境中的耐藥性 B.有利于對目的基因是否導(dǎo)入進行檢測 C.增加質(zhì)粒分子的分子量 D.便于與外源基因連接,10有關(guān)基因工程的敘述正確的是 （ ） A.限制性內(nèi)切酶只在獲得目的基因時才用 B.重組質(zhì)粒的形成在細胞內(nèi)完成C.質(zhì)粒都可作運載體 D.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可為合成目的基因提供資料,11目前常被使用的基因載體有（ ）A質(zhì)粒 B噬菌體 C染色體 D動、植物病毒,