《基因工程的应用》课件.ppt

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1、基因工程的应用(),转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。,转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。,1、抗虫转基因植物2、抗病转基因植物3、抗逆转基因植物4、利用转基因改良植物的品质,1、哪些转基因作物已进入大规模商业化应用阶段?,2、植物基因工程技术主要用于哪些方面?,1、哪些转基因作物已进入大规模商业化应用阶段?,转基因大豆、玉米、棉花和油菜,2、植物基因工程技术主要用于哪些方面?,1、哪些转基因作物已进入大规模商业化应用阶段?,转基因大豆、玉米、棉花和油菜,2、植物基因工程技术主要用于

2、哪些方面?,提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。,1、现在已有哪些抗虫植物问世?,1、现在已有哪些抗虫植物问世?,2、抗虫基因有哪些？,3、抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?,2、抗虫基因有哪些？,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等,3、抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?,2、抗虫基因有哪些？,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等,请阅读P18生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的抗虫机理。,3、抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?,抗

3、虫棉叶子,正常棉叶子,4、我国的转基因抗虫棉取得了哪些进展?,1.什么是病原微生物？有哪些种类？,2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？,1.什么是病原微生物？有哪些种类？,引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌等。,2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？,1.什么是病原微生物？有哪些种类？,引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌等。,2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？,常规育种（杂交育种/诱变育种/单倍体育种等）一般是直接改变植株的遗传性,宏观上进行优良品种筛选.分子育种（基因工程育种等）是从基因这个微观水平予以改造和标记,再在植株上进行表达。,3.在

4、抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？,4.在抗真菌转基因植物中使用什么基因？,3.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？,病毒外壳蛋白（coat protein，CP）基因；病毒的复制酶基因,4.在抗真菌转基因植物中使用什么基因？,3.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？,病毒外壳蛋白（coat protein，CP）基因；病毒的复制酶基因,4.在抗真菌转基因植物中使用什么基因？,几丁质酶基因和抗毒素合成基因,抗烟草花叶病毒转基因甜椒,抗病毒转基因西葫芦,在抗病毒转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染？,在抗病毒转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染？,

5、1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？,2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？,3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？,1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？,盐碱、干旱、低温和涝害等,2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？,3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？,1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？,盐碱、干旱、低温和涝害等,2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？,细胞内的渗透压调节,3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？,1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？,盐碱、干旱、低温和涝害等,2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？,细胞内的渗透压调节,3.在抗盐碱和

6、抗干旱作物中使用了什么基因？,调节细胞渗透压的基因,耐寒、耐旱转基因水稻,鱼的抗冻蛋白基因,喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物,目前有哪些改良过的优良植物？,人体（或其它脊椎动物）必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称必需氨基酸。必需氨基酸共有种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。,目前有哪些改良过的优良植物？,你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？,如何用转基因的方法加以改良？,你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？,谷类食品中主要缺少的必需氨基酸是(赖氨酸)。,如何用转基因的方法加以改良

7、？,你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？,将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性。,谷类食品中主要缺少的必需氨基酸是(赖氨酸)。,如何用转基因的方法加以改良？,转基因高赖氨酸玉米,转入维生素A合成酶基因的大米,含大量维生素的转基因玉米,抗癌抗衰老的紫色西红柿,转基因矮牵牛（与植物花青素代谢有关的基因）,转基因蓝玫瑰,异想天开,转入萤火虫荧光酶的转基因烟草苗,能发荧光的热带斑马鱼,普通热带斑马鱼是不发荧光的,如何让普通热带斑马鱼也发荧光?,（1）高产、稳产和具优良品质的品种,（1）高产、稳产和具优良品质的品种用基因工程的方法可以改善粮食作物的 蛋白质含量。

8、,（1）高产、稳产和具优良品质的品种用基因工程的方法可以改善粮食作物的 蛋白质含量。（2）抗逆性品种将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。,动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等,导入外源生长激素基因,将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。,1、就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？,3、乳腺生物反应器的优点有哪些？,2、什么是乳腺生物反应器,1、就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？,转基因动物的乳腺。,3、乳腺生物反应器的优点有哪些？,2、什么是乳腺生物反应器,1、就基

9、因药物而言，最理想的表达场所是哪里？,转基因动物的乳腺。,3、乳腺生物反应器的优点有哪些？,2、什么是乳腺生物反应器,产量高；质量好；成本低；易提取。,乳腺生物反应器生产抗凝血酶蛋白,人治疗性抗体转基因奶牛,获取目的基因（例如血清白蛋白基因）构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）显微注射导入哺乳动物受精卵中形成胚胎将胚胎送入母体动物发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。,获取目的基因（例如血清白蛋白基因）构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）显微注射导入哺乳动物受精卵中形成胚胎将胚胎送入母体动物发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体

10、中，转入的基因才能表达）。,产物：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、-抗胰蛋白酶,将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆的动物器官。,导入人基因具特殊用途的小鼠,将目的基因导入到动物的受精卵里，目的基因若与受精卵染色体DNA整合，细胞分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。,将目的基因导入到动物的受精卵里，目的基因若与受精卵染色体DNA整合，细胞分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使每个细胞中

11、都带有目的基因，使性状得以表达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。,应用主要是繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。,1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？,2.传统生产方法的缺点:,1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？,从生物的组织、细胞或血液中提取。,2.传统生产方法的缺点:,1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？,从生物的组织、细胞或血液中提取。,2.传统生产方法的缺点:,由于受原料来源的

12、限制，价格十分昂贵。,3.可利用什么方法来解决上述问题？,3.可利用什么方法来解决上述问题？,利用基因工程方法制造转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,3.可利用什么方法来解决上述问题？,利用基因工程方法制造转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。,3.可利用什么方法来解决上述问题？,利用基因工程方法制造转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。,基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素2、干扰素）

13、、抗体、疫苗、激素等。,基因工程药品 胰岛素,胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%50%。,基因工程药品 胰岛素,基因工程药品 生长激素,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可

14、利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。,基因工程药品 生长激素,基因工程药品 干扰素,干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。19801982年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。,基因工程药品 干扰素

15、,基因工程药品 基因工程疫苗,基因工程艾滋病疫苗,基因工程乙肝疫苗,传统疫苗存在许多缺点：生产过程需大量繁殖病原体，对工作人员健康造成很大威胁；病原体的减毒、灭活有可能不够彻底，导致接种者直接感染。基因工程疫苗：将起关键作用的、序列保守的蛋白质基因重组到细菌或真核细胞内，生产蛋白质，制作成疫苗。它不使用病原体本身，所以安全，还可以把不同病原体的抗原基因重组到同一受体细胞，生产多价疫苗。,基因工程药品 基因工程疫苗,基因工程艾滋病疫苗,基因工程乙肝疫苗,利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性

16、：（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。,（1）概念,用放射性同位素（32P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。也称为DNA诊断或基因探针技术,（1）概念,（2）原理：DNA分子杂交,（2）原理：DNA分子杂交,互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用一段已知基

17、因的核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。,（3）基因探针：,概念：,（3）基因探针：,基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列。,概念：,（5）实例：,（4）基因诊断的过程,（5）实例：,A、制作基因探针；,（4）基因诊断的过程,（5）实例：,A、制作基因探针；,（4）基因诊断的过程,B、将待测基因加热成单链；,（5）实例：,A、制作基因探针；,（4）基因诊断的过程,B、将待测基因加热成单链；,C、两者混合杂交。,（5）实例：,病毒的检测：肝炎病毒、肠道病毒、单纯孢疹病毒等；,A、制作基因探针；,（4）基因诊断的

18、过程,B、将待测基因加热成单链；,C、两者混合杂交。,（5）实例：,病毒的检测：肝炎病毒、肠道病毒、单纯孢疹病毒等；,遗传性疾病的检测：镰刀型细胞贫血症、苯丙酮尿症等；,A、制作基因探针；,（4）基因诊断的过程,B、将待测基因加热成单链；,C、两者混合杂交。,应用：基因诊断生物芯片,从正常人的基因组中分离出DNA，与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。,具有特异、敏感、产率高、快速、简便

19、、重复性好、易自动化等；能在一个试管内将所要研究的目的基因或某一DNA片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍,使肉眼能直接观察和判断；可从一根毛发、一滴血、甚至一个细胞中扩增出足量的DNA供分析研究和检测鉴定。,应用：基因诊断PCR法,体外核酸扩增技术。,优点：,（1）概念：,把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从而达到治疗疾病的目的）,（1）概念：,（2）类型：,（3）用于基因治疗的基因种类,（2）类型：,体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成

20、功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。,体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）,（3）用于基因治疗的基因种类,（2）类型：,体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。,体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）,（3）用于基因治疗的基因种类,用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。反义基因：用mRNA分子与病变的mRNA分子进行互补，阻断蛋

21、白质的合成。自杀基因：编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。,ADA缺乏症：一种严重的免疫缺陷症,腺苷脱氨酶的缺乏可使T淋巴细胞因代谢产物的累积而死亡,从而导致严重的联合性免疫缺陷症(SCID)。通常导致婴儿出生几个月后死亡。,患者生存在无菌环境中,基因工程为人类开辟新的食物来源。,基因工程为人类开辟新的食物来源。（1）鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。（2）用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。,（1）用于环境监测。,（1）用于环境监测。（2）用于被污染环境的净化。,（1）用于环境监测。（2）用于被污染环境的净化。,例如：用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量。此方法的特点是快速、灵敏，1吨水中有10个病毒也能检测出来。,（1）用基因工程产物“超级细菌”分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。（2）用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。（3）通过基因重组构建新的杀虫剂，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程回收和利用工业废物。,