基因工程及其应用(完美版)

第2节基因工程及其应用能发光的水母能否能否让热带鱼也能发光?设想不能发光的热带斑马鱼能产生人胰岛素的大肠杆菌基因“嫁接”在猴子的未受精卵中加入附加基因，并利用它成功培育出健康活泼的小猴“安迪”。通过对“安迪”的研究我们可以简单地引进如老年性痴呆病的基因、帕金森病基因等，加快针对这类疾病疫苗的开发研究。什么叫基因工程?基因工程的基本操作步骤有哪些?归纳出科学家实施基因工程的总体思路阅读教材P102，解决以下问题：又称基因拼接技术,或重组DNA技术。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向的改造生物的遗传性状。基因工程(geneengineering)原理：操作水平：结果：基因重组DNA分子水平定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。基因工程(geneengineering)培育转基因大肠杆菌的简要过程：你认为上述培育转基因大肠杆菌的关键步骤有哪些？普通大肠杆菌(不能分泌胰岛素)人体组织细胞提取胰岛素基因与运载体DNA拼接导入大肠杆菌(含胰岛素基因)转基因大肠杆菌(能分泌胰岛素)•培育转基因大肠杆菌的关键步骤：1.ONE胰岛素基因从人体细胞内提取出来2.TWO胰岛素基因与运载体DNA连接3.THREE胰岛素基因导入受体(大肠杆菌)细胞基因的“剪刀”基因的“针线”基因的运载体如:EcoRI1、该限制酶只能识别GAATTC的序列，说明了限制酶具有的特性是。2、EcoRI限制酶识别了GAATTC的序列后，将会发生什么样的变化？积极思考专一性1.基因的剪刀—限制性核酸内切酶基因操作(geneengineering)的工具CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG练习使用EcoRI剪切目的基因CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG目的基因黏性末端被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？思考:2.分子针线—DNA连接酶(DNAlinking-enzyme)积极思考DNA连接酶连接的是两个脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)分子的什么部位？基因操作(geneengineering)的工具（1）作用对象：两个具有相同粘性末端的DNA片段。（2）作用位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口（磷酸二酯键）。（3）作用结果：形成重组DNA。3、基因的“针线”指——DNA连接酶基因的针线：DNA连接酶GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCG用同种限制酶切割•目的基因(如人的胰岛素基因)怎样才能导入受体细胞(如大肠杆菌细胞)？3.基因的运输工具——运载体(carrying)常用的运载体(carrying)有两类：1）细菌细胞质的质粒(plasmid)2）噬菌体(bacteriophages)或某些动植物病毒(virus)基因操作(geneengineering)的工具•大肠杆菌的质粒(plasmid)：运载体(carrying)应该具有什么特点呢?基因操作(geneengineering)的工具运载体需具备的特点：1能够在宿主细胞内复制并稳定保存；２具有多个限制酶切点以便与外源基因相连；３具有标记基因，便于进行筛选．基因工程(geneengineering)的“四步曲”提取目的基因1目的基因与运载体结合2将目的基因导入受体细胞3目的基因的检测和表达4目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。二、基因操作的基本步骤１、提取目的基因——将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。供体生物细胞取出DNA用限制酶剪去多余部分目的基因限制酶提取目的基因的方法用限制酶切断成许多片段⑴直接分离基因——鸟枪法将供体生物的DNA用限制酶切割为许多片段，再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。⑵人工合成基因法DNA合成仪有两种方法：①逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。②直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。2、目的基因与运载体结合用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连拉酶的作用下连接形成重组DNA分子。3、将目的基因导入受体细胞并使之扩增导入扩增要让目的基因表达，必须将它导入受体细胞并进行扩增。为获得目的基因的表达产物时，通常以大肠杆菌等无害易得的细菌为受体。为改进某种生物时，将欲改进的生物细胞为受体。4、目的基因的检测和表达前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。无表达产物无表达产物有表达产物无表达产物细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。12基因工程的操作工具1.基因的剪刀——限制性内切酶2.基因的针线——ＤＮＡ连接酶3.基因的运输工具——运载体基因工程的操作步骤1.目的基因的提取2.目的基因与运载体结合3.目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测与表达基因工程(geneengineering)的原理⒈要使目的基因与对应的载体重组，所需的工具酶是①限制酶②连接酶③解旋酶④还原酶Ａ．①②Ｂ．③④Ｃ．①④Ｄ．②2.下列关于基因工程的叙述中,正确的是:A.限制酶只用于提取目的基因B.细菌体内的环状DNA均可作运载体C.DNA连接酶可用于目的基因和运载体的连接D.重组DNA分子一旦进入受体细胞,基因工程则完成.AC3.以下说法正确的是:A.目的基因是指重组DNAB.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能够成功表达B4.基因工程的正确操作步骤是（）①使目的基因与运载体结合②将目的基因导入受体细胞③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求④提取目的基因Ａ．③②④①Ｂ．②④①③Ｃ．④①②③Ｄ．③④①②4.基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和改造沙漠方面显示了良好的前景,荷兰一家公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物(如甜菜、马铃薯等)中并获得有效表达，使“工程植物”增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：①②③④（2）基因表达的含义是：（3）写出酶基因工程在植物体内的表达过程：（4）基因工程操作中的工具是：海藻糖合成酶基因的获取目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞目的基因的表达和检测基因通过转录、翻译合成蛋白质，体现出相应的性状酶基因mRNA海藻糖合成酶转录翻译5、基因工程应用的原理是()Ａ．染色体变异Ｂ．基因突变Ｃ．基因重组Ｄ．细胞的全能性7、下列哪项不是基因工程中经常使用的运载体（）Ａ．细菌质粒Ｂ．噬菌体Ｃ．动植物病毒Ｄ．细菌拟核DNACD6、下列的科学技术成果与所运用的科学原理有错误的是（）A．抗虫棉——基因工程B．无籽西瓜——单倍体育种C．“黑农五号”大豆品种——基因突变D．生产啤酒——无氧呼吸B（一）、基因工程与作物育种1、在农作物生产方面目的：培育出高产、稳产、抗逆性的优良作物及新品种。优点：降低生产成本，减少农药的使用对环境的危害，提高农作物对不良环境的适应能力。转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆（一）、基因工程与作物育种2、在畜牧养殖方面科学家利用基因工程的方法培育出了转基因奶牛、超级绵羊等多种转基因动物。生长快、肉质好的转基因鱼(中国)乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级动物特殊动物(二）、基因工程与药物研制我国生产的部分基因工程疫苗和药物许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!优点：能够高效率地生产出各种高质量，低成本的药品。（三）、环境保护基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。1998年，英国一位生物学家在电视节目中宣布：老鼠食用了转基因马铃薯后，肾、脾和消化道都出现了损伤，体重和器官重量减轻，免疫系统遭到破坏。转基因食品安全吗?基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶基因的“针线”——DNA连接酶基因的运输工具——运载体（质粒）1.基因工程的概念2.基因工程操作的基本工具3.基因操作的基本步骤目的基因提取目的基因与运载体结合目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定杂交育种诱变育种多倍体育种单倍体育种基因工程处理杂交射线、辐射处理秋水仙素花药离体培养基因转移原理基因重组基因突变染色体变异染色体变异基因重组优点集“优”提高突变频率，产生新基因果实大营养丰富缩短育种年限定向改变生物性状缺点育种时间长需要处理大量材料发育迟结实率低技术复杂操作复杂细菌通常是具有双链环状DNA的单细胞生物。现有甲、乙两种细菌，基因型分别是abd和ABD，通过基因工程使甲细菌后代产生出乙细菌B基因所控制的产物，具体过程如图所示，试据图回答。（1）从细胞的结构看，细菌属于生物。原核（2）图中剪切DNA的“剪刀”和粘接DNA的“胶水”，其实是两种不同的酶，它们都只能在DNA的一定位置进行剪切和粘接，说明它们具有的特点。专一性（3）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异来源看，这是人工条件下的一种。基因重组（4）假如B基因是来自人体细胞，则甲子代也可产生出相应的人体物质，这说明在翻译过程中，细菌和人类共套。遗传密码（5）在DNA分子中“拼接”上某个基因或“切割”掉某个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因具有相对的独立性