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解決培育抗蟲棉的關鍵步驟需要哪些工具？,關鍵步驟一的工具： 關鍵步驟二的工具： 關鍵步驟三的工具：,基因的剪刀——限制性內切酶 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分子內部進行的，故名限制性內切酶。,4000種。,形成兩種末端,一、 “分子手術刀” ——限制性核酸內切酶,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：恢復被限制性內切酶切開了的兩個 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：質粒、λ噬菌體衍生物、動植物病毒 2、質粒：最常用的載體 是一種裸露的、結構簡單、獨立于擬核 之外、并具有自我復制能力的雙鏈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）基因表達載體的構建 3）將目的基因導入受體細胞 4）目的基因的檢測與鑒定,,返回,,,,,2目的基因與運載體結合,首先要用一定的限制酶切割質粒，使質粒出現 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，使其產生 相同的黏性末端。,將切下的目的基因的片段插入質粒的切口處， 再加入適量DNA連接酶，質粒的黏性末端與 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、土壤農桿菌、酵母菌和動植物細胞等。,將目的基因導入受體細胞的原理,借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑。,步驟三：目的基因導入受體細胞---轉化,3將目的基因導 入受體細胞,受體細胞：細菌,細胞壁的通透性增大,重組質粒進入受體細胞,目的基因隨受體細胞的繁殖而復制,,,,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基因生物的染色體DNA上,,2、,檢測目的基因是否轉錄出了mRNA,,檢測目的基因是否翻譯成蛋白質,另外：個體生物學水平的鑒定,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—,抗原—抗體雜交,##個體生物學水平的鑒定——,不能，受體細胞必須表現出特定的性狀，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。,基因工程的應用,農牧業(yè) 工業(yè) 環(huán)境保護能源 醫(yī)藥衛(wèi)生,1973年,由美國科學家科恩等人用重組DNA技術首次獲得轉基因大腸桿菌。從此以后，基因工程作為一個新興的研究領域得到了迅速的發(fā)展:,,,一、植物基因工程碩果累累,轉基因工程技術主要用于提高農作物的抗逆能力,以及改良農作物的品質和利用植物生產藥物等方面.,,,基因工程在農業(yè)上的應用：,1）高產、穩(wěn)產和具優(yōu)良品質的品種 用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質含量。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移到作物體內，將從根本上改變作物的特性。如轉基因抗蟲棉。,迄今為止，人們已獲得了數百種轉基因植物：抗病、抗蟲、抗除草劑、抗逆、作物的高產優(yōu)質、果蔬儲存、作物的固氮能力、藥物生產及環(huán)境美化等,1.抗蟲轉基因植物,2.抗病轉基因植物,3.其他抗逆轉基因植物,畜牧養(yǎng)殖業(yè)：培養(yǎng)具有各種優(yōu)良品質的轉基因動物（具有抗病能力、高產仔率、高產奶率、高質量的皮毛）,方法：將某些特定基因與病毒DNA構成重組DNA，然后通過感染或顯微注射技術將重組DNA轉移到動物受精卵中,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.用于改善畜產品的品質,3.用轉基因的動物生產藥物,1、傳統(tǒng)制藥：直接從生物體的組織、細胞或血液中提取,例：4~5克/100公斤豬、牛的胰腺,缺點：產量低、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桿菌菌株）,例：100克/2000升大腸桿菌培養(yǎng)液,（2）優(yōu)點：高質量、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、高產仔率、高產奶率和高質量的皮毛等優(yōu)良品質的轉基因動物。 該過程的重要步驟是通過感染或顯微注射技術將重組DNA轉移到動物受精卵中。,基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應用主要是什么？,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1μm的DNA注射器，將大量的目的基因片段注入到受精卵的核內，然后把經過注射的受精卵移植到另一只雌性動物的子宮內，使受精卵發(fā)育為轉基因動物。,什么叫顯微注射技術？,,,在傳統(tǒng)的藥品生產中，某些藥品如胰島素、干擾素直接生物體的哪些結構中提?。?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”，可高效率地生產出各種高質量、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4~5g胰島素。用該方法生產的胰島素產量低，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了表達。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產的胰島素投入市場，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,日本生產的α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，α-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，相當于6萬具尸體的全部產量。,基因工程藥品 —— 生長激素,,,轉基因動物的乳腺。,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導入到哺乳動物(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，從而獲得基因產品。這樣一種新的個體，稱為轉基因動物。,什么叫轉基因動物？,,,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物，產量高，易提純，表達的蛋白質已經過充分的修飾加工，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物的同時，轉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）抗蟲轉基因植物 2）抗病轉基因植物 3）抗逆轉基因植物 4）改良植物品質 2.動物基因工程前景廣闊 1）提高動物生長速度 2）改善畜產品質量 3）生產藥物 4）用轉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： ①體外基因治療：eg.腺苷酸脫氨酶基因的轉移 ②體內基因治療： 2）基因治療的現狀：,,,基因診斷：,也稱為DNA診斷或基因探針技術，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、熒光分子等標記的DNA分子作探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被測標本上的遺傳信息。,●β-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合成雙鏈，即能夠進行雜交。這種結合是特異的，即嚴格按照堿基互補配對進行。因此，當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導入有基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的。,患半乳糖血癥的患者，由于細胞內半乳糖苷轉移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷轉移酶，使過多的半乳糖在體內積聚，引起肝、腦等功能受損。 1971年，美國科學家在體外做了試驗，用帶有半乳糖苷轉移酶基因的噬菌體侵染患者的離體組織細胞，結果發(fā)現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，世界范圍內累計3134人接受了基因轉移試驗,,,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移到能分解另一種烴類的假單孢桿菌內，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）通過基因重組構建新的殺蟲劑，取代生產過程中耗能多、易造成環(huán)境污染的農藥，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？,,基因工程的應用,,植物基 因工程,,抗蟲轉基因植物 抗病轉基因植物 抗逆轉基因植物 改良植物品質,動物基 因工程,,提高動物生長速度 改善畜產品質量 生產藥物 用轉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、把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的 B.??對有缺陷的細胞進行修復，從而使其恢復正常，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)生基因突變回復正常 D.?運用基因工程技術，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，有一部分是串聯重復的短序列，它們在個體之間有顯著的差異性，這種短序列可用于 A．生產基因工程藥物 B．偵查罪犯 C．遺傳病的產前診斷 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也可以是由之轉錄而來的RNA。 D一條多肽,4我國科學家成功地將人的抗病毒干擾素基因轉移到煙草DNA分子上，從而使煙草獲得了抗病毒的能力。這項技術所依據的遺傳學原理主要是 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的關鍵步驟，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)學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍，轉基因動物是指（　 ）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培育的新品種的是（ ） Ａ、耐寒的小黑麥?。隆⒖姑掴徬x的轉基因抗蟲棉 Ｃ、太空椒　　　?。摹⒃嚬芘?8下列不屬于利用基因工程技術制取的藥物是（） A、從大腸桿菌體內制取白細胞介素 B、在酵母菌體內獲得的干擾素 CC、在青霉菌體內提取青霉素 D、在腸桿菌體內獲得胰島素,,,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出來,C,鞏固練習,,,2）下列不是基因載體具備的條件的是 A、能自我 復制 （ ） B、有多個限制酶切點 C、具有標記基因 D、它是環(huán)狀DNA,D,鞏固練習,,,3）有關基因工程的敘述中，錯誤的是（ ） A、DNA連接酶將黏性末端的堿基對連接起來 B、 限制性核酸內切酶用于目的基因的獲得 C、目的基因須由載體導入受體細胞 D、 人工合成目的基因不用限制性內切酶,A,鞏固練習,,,4）有關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、重組質粒的形成在細胞內完成 C、質粒都可作為載體 D、蛋白質的結構可為合成目的基因提供資料,D,鞏固練習,,5）基因工程是在DNA分子水平上進行設計施工的。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、目的基因與載體結合 C、將目的基因導入受體細胞 D、目的基因的檢測和表達,C,鞏固練習,6。下列關于質粒的敘述，正確的是　　　　　　　　 A、質粒是廣泛存在于細菌細胞中的一種顆粒狀細胞器 B、質粒是細菌細胞質中能夠自主復制的小型環(huán)狀DNA分子 C、質粒只有在導入宿主細胞后才能在宿主細胞內復制 D、細菌質粒的復制過程一定是在宿主細胞外獨立進行的,7科學家將含人的α-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α-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制 B DNA以其一條鏈為模板合成RNA C 按照RNA密碼子的排列順序合成蛋白質 D RNA以自身為模板自我復制,8在基因工程中，科學家所用的“剪刀”、“針線”和“運載體”分別是指( ) A.大腸桿菌病毒、質粒、DNA連接酶 B.噬菌體、質粒、DNA連接酶 C.DNA限制酶、RNA連接酶、質粒 D.DNA限制酶、DNA連接酶、質粒,9人們常選用的細菌質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入進行檢測 C.增加質粒分子的分子量 D.便于與外源基因連接,10有關基因工程的敘述正確的是 （　 ） A.限制性內切酶只在獲得目的基因時才用 B.重組質粒的形成在細胞內完成 　C.質粒都可作運載體 D.蛋白質的結構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?！　　　? B．噬菌體　　 　　 C．染色體　　　　 D．動、植物病毒,