第2節(jié) 基因工程及其應(yīng)用,超級(jí)小鼠與超級(jí)魚(yú),請(qǐng)您欣賞,能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚(yú),普通熱帶斑馬魚(yú)是不發(fā)熒光的,你知道為什么能把人的基因“嫁接”到細(xì)菌上嗎？你能推測(cè)出，這種基因的“嫁接”是怎么實(shí)現(xiàn)的嗎？你能舉出一些類(lèi)似的、與你的生活關(guān)系很密切的例子嗎？,問(wèn)題探討,“嫁接”了人胰島素基因的工程菌,一、基因工程的原理 基因工程，又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗的說(shuō)，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。,基因重組,生物體外,基因/DNA,分子水平,剪切拼接導(dǎo)入表達(dá),人類(lèi)需要的基因產(chǎn)物,1、基因工程的,指“ 限制性?xún)?nèi)切酶 ”,主要是微生物,一種限切酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列,并在特定切點(diǎn)上切割DNA分子,來(lái)源:,特點(diǎn):,“ ”,二、基因操作的工具,黏性末端,例：大腸桿菌的一種限制酶(EcoR)能識(shí)別 GAATTC序列，并在G和A之間切開(kāi)。,EcoR,1、被同一種限制酶切斷的幾個(gè)DNA是否具有相同的黏性末端？,思考:,形成的黏性末端不同,不同的限制酶呢？,是,指“DNA連接酶”,連接“梯子”斷口的“扶手”而非“梯子”中間的“踏板”。,其作用與限制性?xún)?nèi)切酶相反，作用點(diǎn)相同,B、,1、能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存,2、具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接,3、具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選,A、常用運(yùn)載體：,質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等,條件,基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體,作用： 將外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞。,標(biāo)記基因，便于進(jìn)行檢測(cè)。,C、質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)： （1）細(xì)胞染色體或擬核之外能自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子。 （2）存在于細(xì)菌、霉菌、酵母菌等細(xì)胞里，對(duì)宿主細(xì)胞的正常生活幾乎沒(méi)有影響。 （3）可以容易地從細(xì)胞中取出或放入。 （4）質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成。,從細(xì)胞中分離出DNA,從大腸桿菌中提取質(zhì)粒,提取目的基因,目的基因與運(yùn)載體結(jié)合,DNA連 接酶,目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,目的基因的 檢測(cè)與鑒定,三、操作的基本步驟,基因工程,目的基因的檢測(cè)與鑒定,大量的受體細(xì)胞接受不多的目的基因。處理的受體細(xì)胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中檢測(cè)出來(lái)。 將每個(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)形成菌落，檢測(cè)菌落中是否有目的基因的表達(dá)產(chǎn)物。淘汰無(wú)表達(dá)產(chǎn)物的菌落，保留有表達(dá)產(chǎn)物的進(jìn)一步培養(yǎng)、研究。,四、基因工程的應(yīng)用,1、基因工程與作物育種,培育抗逆性品種 將細(xì)菌的抗蟲(chóng)、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(chóng)棉。,抗蟲(chóng)基因作物的意義： 減少農(nóng)藥的用量，降低了生產(chǎn)的成本，減少了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。,運(yùn)用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動(dòng)植物。,生長(zhǎng)快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(yú)(中國(guó)),乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷),轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒,轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯,不會(huì)引起過(guò)敏的轉(zhuǎn)基因大豆,2、基因工程與藥物研制,我國(guó)生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物,用基因工程的方法生產(chǎn)胰島素、干擾素、白細(xì)胞介素、凝血因子、以及預(yù)防乙肝、霍亂、傷寒、瘧疾等的疫苗。 提高生產(chǎn)產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本。,3、環(huán)境保護(hù)：基因工程做成的“超級(jí)細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。,通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類(lèi)，用基因工程培育成功的“超級(jí)細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類(lèi)化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解一些毒害物質(zhì)。,環(huán)境監(jiān)測(cè)：基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測(cè)環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。,1t水中只有10個(gè)病毒也能被DNA探針 檢測(cè)出來(lái),轉(zhuǎn)基因食品看起來(lái)分外誘人,餐桌上的基因 轉(zhuǎn)基因食品你敢吃嗎？ 轉(zhuǎn)基因食品ABC,安全嗎？,五、轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性,安全觀點(diǎn)： 1、轉(zhuǎn)基因食品與非轉(zhuǎn)基因食品的構(gòu)成是一樣的； 2、減少農(nóng)藥使用、減少環(huán)境污染； 3、節(jié)省生產(chǎn)成本，降低糧食售價(jià)； 4、增加食品營(yíng)養(yǎng)、提高食品產(chǎn)量等。,轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性,你認(rèn)為應(yīng)該如何對(duì)待轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性問(wèn)題？ 目前，大多數(shù)專(zhuān)家認(rèn)為，已經(jīng)投入商品化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因番茄、玉米等農(nóng)產(chǎn)品都是安全的。迄今為止尚無(wú)食用轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)品引起任何嚴(yán)重問(wèn)題的科學(xué)報(bào)道。 轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉、耐貯藏番茄、抗病毒甜椒及基因工程疫苗等已獲得生產(chǎn)應(yīng)用安全證書(shū)。,轉(zhuǎn)基因食品已經(jīng)走進(jìn)我國(guó)百姓的生活。 國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有轉(zhuǎn)基因作物的大規(guī)模生產(chǎn) 近幾年我國(guó)大量從美國(guó)、阿根廷等國(guó)進(jìn)口大豆，其中大部分是轉(zhuǎn)基因大豆。 我國(guó)有一半以上的大豆色拉油含有轉(zhuǎn)基因成分。,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)都有哪些轉(zhuǎn)基因食品？,第一批列入目錄的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物是： 大豆：大豆種子、大豆、大豆粉、大豆油、豆粕 玉米：玉米種子、玉米、玉米油、玉米粉 油菜：油菜種子、油菜籽、油菜籽油、油菜籽粕 棉花種子 番茄：番茄種子、鮮番茄、番茄醬,美國(guó)人食用轉(zhuǎn)基因食品已多年，超級(jí)市場(chǎng)上有4000多種商品是含有轉(zhuǎn)基因植物成分的，還沒(méi)有事例證明人吃了以后會(huì)得病，甚至?xí)鹚劳?。加拿大、澳大利亞也是轉(zhuǎn)基因食品的生產(chǎn)大國(guó)，均有幾千萬(wàn)人在吃，到現(xiàn)在為止也沒(méi)有個(gè)案例說(shuō)明它有問(wèn)題 。,轉(zhuǎn)基因食品,安全嗎?!,不安全觀點(diǎn)： 1、可能產(chǎn)生抗除草劑的超級(jí)雜草； 2、可能使疾病的散播跨越物種障礙； 3、可能損害農(nóng)作物的生物多樣性； 4、認(rèn)為創(chuàng)造新物種，可能干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 5、可能產(chǎn)生新毒素和新過(guò)敏源。,反對(duì)派的觀點(diǎn),一英國(guó)科學(xué)家聲稱(chēng)，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯會(huì)減弱老鼠免疫系統(tǒng)功能； 美國(guó)康乃爾大學(xué)也發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因玉米會(huì)危害蝴蝶幼蟲(chóng)及其相關(guān)生態(tài)環(huán)境。,環(huán)保團(tuán)體認(rèn)為這種違反自然的轉(zhuǎn)基因作物及產(chǎn)品，未經(jīng)長(zhǎng)期安全測(cè)試，長(zhǎng)期食用可能對(duì)人類(lèi)及生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。 尤其是注重環(huán)境和生態(tài)保護(hù)的歐盟國(guó)家，對(duì)轉(zhuǎn)基因作物更加排斥，因而抵制美國(guó)GMO產(chǎn)品的進(jìn)口。,“轉(zhuǎn)基因食品，要不要貼標(biāo)簽?”,若轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品與目前市售的產(chǎn)品具有實(shí)質(zhì)等同性，則不需再加特殊的標(biāo)簽； 若轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品中含有對(duì)一部分人群有過(guò)敏性反應(yīng)的蛋白，則需加標(biāo)簽，以使購(gòu)買(mǎi)者作出選擇。,我國(guó),2001年6月6日，國(guó)務(wù)院公布的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例規(guī)定，不得銷(xiāo)售未標(biāo)識(shí)的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物，其標(biāo)識(shí)應(yīng)注明產(chǎn)品中含有轉(zhuǎn)基因成分的主要原料名稱(chēng)；有特殊銷(xiāo)售范圍的還應(yīng)注明并在指定范圍內(nèi)銷(xiāo)售。,基因的“針線(xiàn)” DNA連接酶 連接酶的作用： 把兩條DNA末端之間的縫隙“縫合”起來(lái)，使之成為一個(gè)完整的DNA分子（形成重組DNA）。 連接的部位： 生成磷酸二酯鍵 DNA連接酶的作用過(guò)程：,DNA連接酶,作用：將兩個(gè)具有相同黏性末端的DNA片段連接起來(lái)，即催化在兩條DNA鏈之間形成磷酸二酯鍵。,DNA連接酶與DNA聚合酶的功能及區(qū)別,1、DNA聚合酶是在單個(gè)核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵 。,2、DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個(gè)核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈。DNA連接酶將DNA雙鏈上的兩個(gè)缺口同時(shí)連接起來(lái)，不需要模板。,如圖是培育表達(dá)人乳鐵蛋白的乳腺生物反應(yīng)器的技術(shù)路線(xiàn)圖中tetR表示四環(huán)素抗性基因，ampR表示氨芐青霉素抗性基因，BamHI、HindIII、SmaI直線(xiàn)所示為三種限制酶的酶切位點(diǎn)據(jù)圖回答： （1）構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，可用一種或多種限制酶進(jìn)行切割為了避免目的基因和載體 （1）在酶切后產(chǎn)生的末端發(fā)生任意連接，圖中將人乳鐵蛋白基因插入載體應(yīng)選用限制酶同時(shí)酶切載體和人乳鐵蛋白基因篩選含有重組載體的大腸桿菌首先需要在 的培養(yǎng)基上進(jìn)行 （2）能使人乳鐵蛋白基因在乳腺細(xì)胞中特異性表達(dá)的調(diào)控序列是（ ） A啟動(dòng)子BtetRC復(fù)制原點(diǎn)DampR,BamHI和HindIII,含氨芐青霉素,A,（3）過(guò)程可采用的操作方法是_ A農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化 B大腸桿菌轉(zhuǎn)化 C顯微注射 D細(xì)胞融合（4）對(duì)早期胚胎進(jìn)行切割，經(jīng)過(guò)程可獲得多個(gè)新個(gè)體這利用了_（5）為檢測(cè)人乳鐵蛋白是否成功表達(dá)，可采用_技術(shù)A核酸分子雜交B基因序列分析C抗原-抗體雜交DPCR,C,細(xì)胞的全能性,如圖是培育表達(dá)人乳鐵蛋白的乳腺生物反應(yīng)器的技術(shù)路線(xiàn)圖中tetR表示四環(huán)素抗性基因，ampR表示氨芐青霉素抗性基因，BamHI、HindIII、SmaI直線(xiàn)所示為三種限制酶的酶切位點(diǎn)據(jù)圖回答：,C,