基因工程.ppt

专题专题1 1 基因工程基因工程专题专题2 2 细胞工程细胞工程专题专题3 3 胚胎工程胚胎工程专题专题4 4 生物技术的安全性和伦理问题生物技术的安全性和伦理问题专题专题5 5 生态工程生态工程选修选修3 3 现代生物科技专题现代生物科技专题异想天开1 1、2020世纪中叶世纪中叶,基础理论取得了重大突破基础理论取得了重大突破l DNADNA是遗传物质的证明是遗传物质的证明 DNADNA双螺旋结构和中心法则的确立双螺旋结构和中心法则的确立 遗传密码的破译遗传密码的破译2 2、技术发明使基因工程的实施成为可能、技术发明使基因工程的实施成为可能l 基因转移载体的发现基因转移载体的发现 工具酶的发现工具酶的发现 DNADNA合成和测序技术的发明合成和测序技术的发明 DNADNA体外重组的实现体外重组的实现 重组重组DNADNA表达实验的成功表达实验的成功 第一例转基因动物问世第一例转基因动物问世 PCRPCR技术的发明技术的发明DNADNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序基因工程应用基因工程应用蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起基因工程要点基因工程要点1.1 DNA1.1 DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 基因工基因工程需要哪程需要哪些基本工些基本工具具?基因工程至少需要基因工程至少需要3 3种工具：种工具：限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”DNADNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”基因进入受体细胞的运载体基因进入受体细胞的运载体“分子运输车分子运输车”GAATTCCTTAAG中轴线中轴线CTTAAGAATTCGCCCGGGGGGCCCCCCGGGGGGCCC黏性末端黏性末端平末端平末端切割切割切割切割DNADNADNADNA分子时产生的两种不同末端分子时产生的两种不同末端分子时产生的两种不同末端分子时产生的两种不同末端二、二、DNADNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”1 1、作用：、作用：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键E.coliDNAE.coliDNA连接酶：连接酶：连接黏性末端连接黏性末端T T4 4DNADNA连接酶：连接酶：连接黏性末端和平末端连接黏性末端和平末端(效率较低效率较低)2 2、种类：、种类：形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键三、基因进入受体细胞的运载体三、基因进入受体细胞的运载体“分子运输车分子运输车”1 1、常用的运载体：、常用的运载体：质粒、质粒、噬菌体衍生物、动植物病毒等噬菌体衍生物、动植物病毒等质粒：主要存在于细菌等微生物体内。独立于拟核或染色质粒：主要存在于细菌等微生物体内。独立于拟核或染色体体DNA外的能进行自我复制的小型环状外的能进行自我复制的小型环状DNA分子分子大肠杆菌及质粒载体结构模式图大肠杆菌及质粒载体结构模式图大肠杆菌及质粒载体结构模式图大肠杆菌及质粒载体结构模式图2 2、作为运载体所具备的条件：、作为运载体所具备的条件：l结构小结构小l对细胞无害对细胞无害l能自我复制能自我复制l有标记基因：有标记基因：l有多个酶切位点等有多个酶切位点等如四环素抗性基因、氨苄青霉如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等素抗性基因等小结小结基因工程基因工程的工具的工具限制酶限制酶主要存在于原核生物中主要存在于原核生物中具有专一性具有专一性(识别序列识别序列)切开切开DNA分子的磷酸二酯键分子的磷酸二酯键DNA连连接酶接酶连接磷酸二酯键连接磷酸二酯键种类种类E.coliDNA连接酶连接酶T4DNADNA连接酶连接酶运载运载工具工具条件条件结构小而稳定结构小而稳定能自我复制能自我复制具多个限制酶切位点具多个限制酶切位点具标记基因等具标记基因等质粒、质粒、噬菌体衍生物、噬菌体衍生物、动植物动植物病毒等病毒等随堂练习：1 1、关于限制酶的说法中，正确的是（、关于限制酶的说法中，正确的是（）A A、限制酶是一种酶，只识别、限制酶是一种酶，只识别GAATTCGAATTC碱基序列碱基序列B B、EcoRIEcoRI切割的是切割的是GAGA之间的氢键之间的氢键C C限制酶一般不切割自身的限制酶一般不切割自身的DNADNA分子，只切割外源分子，只切割外源DNADNAD D限制酶只存在于原核生物中限制酶只存在于原核生物中答案：答案：C2.下列四条下列四条DNA分子，彼此间具有粘性末端的一组是分子，彼此间具有粘性末端的一组是 A B C D答案：答案：D3.（多选）（多选）有关基因工程的叙述中，错误的有关基因工程的叙述中，错误的是是A、基因工程技术能定向地改造生物的遗、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，培育生物新品种传性状，培育生物新品种B、重组、重组DNA的形成在细胞内完成的形成在细胞内完成C、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞D、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体答案：答案：BD4、不属于质粒被选为基因运载体的理由是、不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制、能复制 （）B、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点 C、具有标记基因、具有标记基因 D、它是环状、它是环状DNA答答案案：D1.2 1.2 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序1 1、获取目的基因、获取目的基因2 2、构建基因表达载体、构建基因表达载体3 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞4 4、目的基因的检测与鉴定、目的基因的检测与鉴定一、提取目的基因一、提取目的基因1 1、目的基因主要是指、目的基因主要是指_编码蛋白质的结构基因编码蛋白质的结构基因原核细胞基因结构原核细胞基因结构真核细胞基因结构真核细胞基因结构2 2、获取目的基因的常用方法、获取目的基因的常用方法（1 1）从基因文库中获取）从基因文库中获取（2 2）利用）利用PCRPCR技术扩增技术扩增（3 3）人工合成（通过）人工合成（通过DNADNA合成仪）合成仪）(1)从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因什么是基因文库？什么是基因文库？什么是基因组文库？什么是基因组文库？什么是部分基因文库？什么是部分基因文库？如何构建基因文库？如何构建基因文库？如何从基因文库中获取目的基因？如何从基因文库中获取目的基因？基因基因文库文库基因组文库基因组文库部分基因文库（如部分基因文库（如cDNAcDNA文库）文库）包含了一种生物的全部基因的基因文库包含了一种生物的全部基因的基因文库叫做基因组文库叫做基因组文库包含了一种生物的部分基因的基因文库包含了一种生物的部分基因的基因文库叫做部分基因文库叫做部分基因文库基因组文库与部分基因文库的比较基因组文库与部分基因文库的比较构建基因文库的方法构建基因文库的方法鸟枪法鸟枪法(直接分离法直接分离法)反转录法反转录法提取某种生物的全部提取某种生物的全部DNADNA用适当的限制酶切用适当的限制酶切一定大小的一定大小的DNADNA片段片段将将DNADNA片段与载体连接片段与载体连接导入受体菌中储存导入受体菌中储存基因组文库基因组文库鸟枪法鸟枪法(直接分离法直接分离法)某种生物的某种生物的mRNAmRNA单链互补单链互补DNADNA双链双链cDNAcDNA片段片段导入受体菌中储存导入受体菌中储存与载体连接与载体连接cDNAcDNA文库文库逆转录逆转录反转录法反转录法如何从基因文库中得到所目的基因？如何从基因文库中得到所目的基因？依据：目的基因的有关信息。依据：目的基因的有关信息。如：根据如：根据基因的核苷酸序列基因的核苷酸序列 基因的功能基因的功能 基因在染色体上的位置基因在染色体上的位置 基因的转录产物基因的转录产物mRNAmRNA 基因的表达产物蛋白质基因的表达产物蛋白质 等特性。等特性。1、构建基因组、构建基因组DNA文库时，首先应分离细胞的文库时，首先应分离细胞的A、染色体、染色体DNAB、线粒体、线粒体DNAC、总、总mRNAD、tRNA2、目的基因可从基因文库中获得，下列有关基因文库、目的基因可从基因文库中获得，下列有关基因文库的描述正确的是的描述正确的是A、某生物的全套基因就是一个基因文库、某生物的全套基因就是一个基因文库B、将含有某种生物不同的许多、将含有某种生物不同的许多DNA片段，导入某个片段，导入某个生物体内，则这个生物就是一个基因文库生物体内，则这个生物就是一个基因文库C、含有一种生物所有基因的基因文库叫做基因组文库、含有一种生物所有基因的基因文库叫做基因组文库D、含有一种生物的一部分基因的基因文库叫、含有一种生物的一部分基因的基因文库叫cDNA文文库库AC随堂练习随堂练习（2 2）利用）利用PCRPCR技术技术扩增目的基因扩增目的基因PCR聚合酶链式反应聚合酶链式反应是一项生物是一项生物体外复制体外复制特定特定DNA片段片段的核酸合成技术。的核酸合成技术。PCR技术技术原理：原理：前提：前提：条件：条件：方式：方式：结果：结果：DNADNA复制复制一段已知目的基因的核苷酸序列一段已知目的基因的核苷酸序列 以以_方式扩增，方式扩增，即即_（n n为扩增循环的次数）为扩增循环的次数）指数指数2 2n n模板模板DNADNA；DNADNA引物；四种脱氧核苷酸；引物；四种脱氧核苷酸；热稳定热稳定DNADNA聚合酶（聚合酶（TaqTaq酶）等酶）等使目的基因的片段在短时间内成快速地扩增使目的基因的片段在短时间内成快速地扩增n 过程变性、退火、延伸三步曲变性：变性：加热至加热至90909595氢键断裂，双链氢键断裂，双链DNADNA解链解链成为单链成为单链DNADNA退火：退火：冷却至冷却至55556060引物与模板的单链引物与模板的单链DNADNA互互补配对结合补配对结合延伸：延伸：加热至加热至70707575以目的基因为模板，合成以目的基因为模板，合成互补的新互补的新DNADNA链链变性变性退火退火延伸延伸v（3 3）人工合成）人工合成根据已知的氨基酸序列合成根据已知的氨基酸序列合成DNA DNA 蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列mRNAmRNA的核苷酸序列的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列推测推测推测推测目的基因目的基因化学合成化学合成（通过（通过DNADNA合成仪）合成仪）1、下列获取目的、下列获取目的基因基因的方法中需要模板链的方法中需要模板链的是的是从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因利用利用PCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因反转录法反转录法通过通过DNA合成仪利用化学方法人工合成合成仪利用化学方法人工合成ABC DD二、基因表达载体的构建二、基因表达载体的构建核心核心（1 1）用一定的）用一定的_切切割质粒，使其出现一个切口，割质粒，使其出现一个切口，露出露出_。（2 2）用）用_切断目切断目 的基因，使其产生的基因，使其产生_ _ _。（3 3）将切下的目的基因片段插入质粒的）将切下的目的基因片段插入质粒的_处，再加入适量处，再加入适量_，形成了一个重组，形成了一个重组 DNA DNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）限制酶限制酶黏性末端黏性末端同一种限制酶同一种限制酶的黏性末端的黏性末端切口切口DNADNA连接酶连接酶相同相同1.1.过程过程质粒质粒目的基因目的基因限制酶切割限制酶切割一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端两个切口两个切口目的基因目的基因DNADNA连接酶连接酶表表达达载载体体同一种同一种1.1.目的基因与运载体结合所需的条件有目的基因与运载体结合所需的条件有 同一种限制酶同一种限制酶 具有抗性基因的质粒具有抗性基因的质粒 RNA RNA聚合聚合酶酶 目的基因目的基因 DNA DNA连接酶连接酶 四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸 ATP ATP A A B BC C D DD2.2.基因表达载体的组成基因表达载体的组成目的基因目的基因启动子启动子终止子终止子标记基因标记基因位于基因的首端位于基因的首端,RNA,RNA聚合酶聚合酶识别和结合位点，转录起点识别和结合位点，转录起点位于基因的末端位于基因的末端,终止转录终止转录检测目的基因是否导入受体细胞和筛选含检测目的基因是否导入受体细胞和筛选含目的基因的细胞目的基因的细胞它们有什么作用？它们有什么作用？编码蛋白质的结构基因编码蛋白质的结构基因复制原点复制原点复制的起点复制的起点载体载体与与表达载体表达载体的区别：二者都有标记基因的区别：二者都有标记基因和复制原点两部分和复制原点两部分DNADNA片段。表达载体在载体片段。表达载体在载体基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部分结构分结构用到的工具酶：用到的工具酶：既用到限制酶切割载体和目既用到限制酶切割载体和目的基因，又用到的基因，又用到DNADNA连接酶将目的基因和载体连接酶将目的基因和载体拼接，两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键拼接，两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键启动子、终止子启动子、终止子对于目的基因表达必不可少对于目的基因表达必不可少目的基因不能单独进入受体细胞，目的基因不能单独进入受体细胞，必须以表必须以表达载体的方式携带进去。达载体的方式携带进去。注意注意1 1、（多选）一个基因表达载体的构建应包括、（多选）一个基因表达载体的构建应包括 A A目的基因目的基因 B B启动子启动子 C C终止子终止子 D D标记基因标记基因ABCD2 2、下列关于基因表达载体的叙述不正确的是、下列关于基因表达载体的叙述不正确的是A A启动子是与启动子是与RNARNA聚合酶识别和结合的部位，是起始聚合酶识别和结合的部位，是起始密码密码B B启动子和终止子都是特殊结构的启动子和终止子都是特殊结构的DNADNA短片段，对短片段，对mRNAmRNA的转录起调控作用的转录起调控作用C C标记基因是为了鉴别受体细胞中是否有目的基因标记基因是为了鉴别受体细胞中是否有目的基因从而便于筛选从而便于筛选D D基因表达载体的构建视受体细胞及导入方式不同基因表达载体的构建视受体细胞及导入方式不同而有所差别而有所差别A常用的受体细胞：常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等菌、酵母菌和动植物细胞等菌、酵母菌和动植物细胞等菌、酵母菌和动植物细胞等三、将目的基因导入受体细胞三、将目的基因导入受体细胞l方方法法将目的基因导入将目的基因导入植物细胞植物细胞将目的基因导入将目的基因导入动物细胞动物细胞将目的基因导入将目的基因导入微生物细胞微生物细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法显微注射法显微注射法感受态细胞感受态细胞1、将目的基因导入植物细胞将目的基因导入植物细胞（1 1）农杆菌）农杆菌转化法转化法特点特点:能感染能感染双子叶植物双子叶植物和和祼子植物祼子植物,对对单子叶植物无感染能力单子叶植物无感染能力Ti质粒质粒的的TDNA可转移至受体细可转移至受体细胞并整合到其染色体上胞并整合到其染色体上转化过程转化过程:TiTi质粒质粒目的基因目的基因构建构建表达表达载体载体导入导入植植物物细细胞胞插入插入植物细胞染植物细胞染色体色体DNADNA表达表达新新性性状状转入转入农农杆杆菌菌（2 2）基因枪法（）基因枪法（单子叶植物常用）单子叶植物常用）基因枪法又称微弹轰击法，是利用压缩气体产生的动基因枪法又称微弹轰击法，是利用压缩气体产生的动力，将包裹在金属颗粒表面的表达载体力，将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNADNA打入受体细打入受体细胞中，使目的基因与其整合并表达的方法。胞中，使目的基因与其整合并表达的方法。（3 3）花粉管通道法）花粉管通道法植物花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱直通胚植物花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱直通胚囊。花粉管通道法就是在植物受粉后，在花粉管还未囊。花粉管通道法就是在植物受粉后，在花粉管还未愈合前，剪去柱头，然后，滴加愈合前，剪去柱头，然后，滴加DNADNA（含目的基因），（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。2 2、将目的基因导入动物细胞、将目的基因导入动物细胞方法方法:显微注射技术显微注射技术过程过程:含目的基因含目的基因表达载体表达载体受精卵受精卵显微注射显微注射移植到子宫移植到子宫受精卵发育受精卵发育新性状动物新性状动物3 3、将目的基因导入微生物细胞、将目的基因导入微生物细胞常用法常用法：CaCa2+2+处理处理常用菌常用菌：大肠杆菌大肠杆菌微生物作受体细胞原因：微生物作受体细胞原因：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少过程：过程：大肠杆菌细胞大肠杆菌细胞用用Ca2+处理处理感受态细胞感受态细胞重组表达载体重组表达载体DNA溶于缓冲液溶于缓冲液混合混合感受态细感受态细胞吸收表胞吸收表达载体达载体1、基因工程中科学家常用细菌、酵母菌等微生物作、基因工程中科学家常用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是为受体细胞，原因是A结构简单、操作方便结构简单、操作方便B繁殖速度快繁殖速度快C遗传物质含量少、简单遗传物质含量少、简单D性状稳定、变异少性状稳定、变异少2、基因工程常用的受体细胞有、基因工程常用的受体细胞有大肠杆菌大肠杆菌枯草杆菌枯草杆菌支原体支原体动植物细胞动植物细胞ABCDBD四、目的基因的检测与鉴定四、目的基因的检测与鉴定检测检测导入检测：目的基因是否导入受体细胞导入检测：目的基因是否导入受体细胞方法方法 DNADNA分子杂交分子杂交表达检测表达检测转录检测转录检测RNARNA分子杂交分子杂交翻译检测翻译检测抗原抗体抗原抗体杂交杂交分分子子检检测测法法鉴定鉴定抗虫鉴定抗虫鉴定抗病鉴定抗病鉴定活性鉴定等活性鉴定等个体水平的鉴定个体水平的鉴定知识延伸知识延伸DNADNA分子杂交技术分子杂交技术 该方法是根据碱基互补配对原则，先将两种生物的DNA从细胞中提取出来，再通过加热或提高pH的方法，将双链DNA分离成为单链。然后，将两种生物的DNA单链放在一起杂交，其中一种生物的DNA单链事先用同位素标记。如果两种生物DNA单链之间存在互补的部分，就能形成双链区。由于同位素被检出的灵敏度高，即使两种生物DNA分子之间形成百万分之一的双链区，也能够被检出,从而检出所要查明的DNA或基因知识延伸知识延伸抗原抗体杂交抗原抗体杂交Western杂交杂交蛋白质分子（抗原蛋白质分子（抗原抗体）之间的杂交。它抗体）之间的杂交。它是检测目的基因是否表达出蛋白质的一种方法。是检测目的基因是否表达出蛋白质的一种方法。具体做法是：具体做法是：第一步，提取目的基因在大肠杆菌中表达出的蛋白质；第一步，提取目的基因在大肠杆菌中表达出的蛋白质；第二步，将表达出的蛋白质第二步，将表达出的蛋白质（抗原）注入动物进行免疫，注入动物进行免疫，产生相应的抗体，并提取出抗体（一抗）；产生相应的抗体，并提取出抗体（一抗）；第三步，从转基因生物中提取蛋白质，走凝胶电泳；第三步，从转基因生物中提取蛋白质，走凝胶电泳；第四步，将凝胶中的蛋白转移到硝酸纤维素膜上；第四步，将凝胶中的蛋白转移到硝酸纤维素膜上；第五步，将抗体（一抗）与硝酸纤维素膜上的蛋白杂交，第五步，将抗体（一抗）与硝酸纤维素膜上的蛋白杂交，这时抗体（一抗）与目的基因表达的蛋白（抗原）会特异结合。这时抗体（一抗）与目的基因表达的蛋白（抗原）会特异结合。由于这种抗原由于这种抗原抗体的结合显示不出条带，所以还要加入一抗体的结合显示不出条带，所以还要加入一种称为二抗的抗体，它可以与一抗结合，二抗抗体上带有特殊种称为二抗的抗体，它可以与一抗结合，二抗抗体上带有特殊的标记。如果目的基因表达出了蛋白质，则结果为阳性。的标记。如果目的基因表达出了蛋白质，则结果为阳性。1.目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过鉴定和检测才能知道。下列属达其遗传特性，只有通过鉴定和检测才能知道。下列属于目的基因检测和鉴定的是于目的基因检测和鉴定的是检测受体细胞中是否有目的基因检测受体细胞中是否有目的基因检测受体细胞检测受体细胞中是否有致病基因中是否有致病基因检测目的基因是否转录出检测目的基因是否转录出mRNA检测目的基因是否翻译出蛋白质检测目的基因是否翻译出蛋白质ABCDC2.（多选）人们利用基因工程的方法，用大肠杆菌生产（多选）人们利用基因工程的方法，用大肠杆菌生产人类胰岛素，这一过程涉及到人类胰岛素，这一过程涉及到A.用适当的酶对胰岛素基因与运载体进行切割并连接用适当的酶对胰岛素基因与运载体进行切割并连接B.把重组后的把重组后的DNA分子导入受体细菌内进行扩增分子导入受体细菌内进行扩增C.检测重组检测重组DNA分子是否导入受体细菌内并表达出性状分子是否导入受体细菌内并表达出性状D.筛选出能产生胰岛素的筛选出能产生胰岛素的“工程菌工程菌”ABCD归纳归纳:基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序1.获取目的基因获取目的基因u从基因文库从基因文库u利用利用PCR技术技术u人工合成人工合成2.构建基因表达载体构建基因表达载体u目的基因、启动子、终止子、标记基因目的基因、启动子、终止子、标记基因复制原点复制原点3.将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞u农杆菌转化法、显微注射法、感受态法农杆菌转化法、显微注射法、感受态法4.目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定u检测：是否导入、转录、翻译检测：是否导入、转录、翻译1.1.作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？为什么？成任务吗？为什么？不可以。不可以。因为基因工程最主要的目的是为了获得目的基因表因为基因工程最主要的目的是为了获得目的基因表达产物，目的基因要成功表达，表达载体还需要启达产物，目的基因要成功表达，表达载体还需要启动转录的启动子、终止转录的终止子和标记基因等。动转录的启动子、终止转录的终止子和标记基因等。2.2.根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植物的机理，你能分析出根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植物的机理，你能分析出农杆菌不能将目的基因导入单子叶植物的原因吗？若想将一个抗农杆菌不能将目的基因导入单子叶植物的原因吗？若想将一个抗病基因导入单子叶植物，如小麦，从理论上说，你应该如何做？病基因导入单子叶植物，如小麦，从理论上说，你应该如何做？原因：原因：农杆菌具有趋化性，双子叶植物的受伤组织会产生一农杆菌具有趋化性，双子叶植物的受伤组织会产生一些糖类和乙酰丁香酮、羧基乙酰丁香酮等酚类物质吸些糖类和乙酰丁香酮、羧基乙酰丁香酮等酚类物质吸引农杆菌向受伤组织集中。而单子叶植物不能产生这引农杆菌向受伤组织集中。而单子叶植物不能产生这些吸引农杆菌的糖类或酚类物质，故不易被农杆菌侵些吸引农杆菌的糖类或酚类物质，故不易被农杆菌侵染而将目的基因导入其中。染而将目的基因导入其中。做法：做法：选择合适的农杆菌菌株，给小麦选择合适的农杆菌菌株，给小麦加乙酰丁香酮等加乙酰丁香酮等酚类酚类诱导物，使农杆菌向植物组织的受伤部位靠拢（趋化诱导物，使农杆菌向植物组织的受伤部位靠拢（趋化性）和激活农杆菌的性）和激活农杆菌的VirVir区（诱导）的基因，使区（诱导）的基因，使T-DNAT-DNA转移并插入到染色体转移并插入到染色体DNADNA上。上。3.3.利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，联系前面有关细利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，联系前面有关细胞器功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思胞器功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？考一下，若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？不可以不可以因为糖蛋白的蛋白质肽链上有糖链，这些糖因为糖蛋白的蛋白质肽链上有糖链，这些糖链是在内质网和高尔基上加工完成的，大肠链是在内质网和高尔基上加工完成的，大肠杆菌不存在这两种细胞器，所以不能用大肠杆菌不存在这两种细胞器，所以不能用大肠杆菌来生产这种糖蛋白。杆菌来生产这种糖蛋白。4.-4.-珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分。当它的成珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分。当它的成分异常时，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫血症。分异常时，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫血症。假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的-珠蛋白，想一想，应如何进行设计？珠蛋白，想一想，应如何进行设计？（1 1）逆转录出小鼠的编码）逆转录出小鼠的编码-珠蛋白的基因（珠蛋白的基因（cDNAcDNA）。）。（2 2）用）用DNADNA连接酶将连接酶将cDNAcDNA和大肠杆菌中的质粒连接和大肠杆菌中的质粒连接,并并在在cDNAcDNA前后接上启动子和终止子，另外加上抗四环前后接上启动子和终止子，另外加上抗四环素的基因，构建成一个完整的表达载体。素的基因，构建成一个完整的表达载体。（3 3）将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然）将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果培后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果培养基上长出大肠杆菌菌落，则表明养基上长出大肠杆菌菌落，则表明-珠蛋白基因已珠蛋白基因已进入其中。进入其中。（4 4）培养进入了）培养进入了-珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后从中提取体，破碎后从中提取-珠蛋白。珠蛋白。1.31.3基因工程的应用基因工程的应用1.植物基因工程硕果累累1 1）提高农作物的抗逆能力）提高农作物的抗逆能力2 2）改良农作物的品质）改良农作物的品质3 3）利用植物生产药物等方面）利用植物生产药物等方面植物基因工程技术主要用于哪些方面植物基因工程技术主要用于哪些方面?抗虫转基因植物抗虫转基因植物1)1)提高农作物的抗逆能力提高农作物的抗逆能力转基因抗虫苹果转基因抗虫苹果转基因抗虫水稻转基因抗虫水稻所采用的抗虫基因主要有：所采用的抗虫基因主要有：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等制剂基因、植物凝集素基因等抗病转基因植物抗病转基因植物所采用的抗病基因主要有：抗病毒的病毒外壳所采用的抗病基因主要有：抗病毒的病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；抗真菌的几丁蛋白基因和病毒的复制酶基因；抗真菌的几丁质酶基因和抗毒素合成基因质酶基因和抗毒素合成基因其它抗逆基因主要有其它抗逆基因主要有调节渗透压的基因（抗盐碱、抗干旱）、抗冻蛋调节渗透压的基因（抗盐碱、抗干旱）、抗冻蛋白基因（抗寒）、抗除草剂基因等。白基因（抗寒）、抗除草剂基因等。其它抗逆转基因植物其它抗逆转基因植物2 2）利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质富含赖氨酸的转基因玉米富含赖氨酸的转基因玉米将将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植导入植物或改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的物或改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高必需氨基酸的含量活性，以提高必需氨基酸的含量将将控制果实控制果实成成熟的基因熟的基因导入果实，获得导入果实，获得转基因延熟果实转基因延熟果实转基因延熟番茄转基因延熟番茄普通番茄普通番茄将与将与植物花青素代谢有关的基因植物花青素代谢有关的基因导入花卉，导入花卉，改变花卉的颜色，以提高观赏价值改变花卉的颜色，以提高观赏价值异想天开：发光树能做路灯吗？异想天开：发光树能做路灯吗？2.动物基因工程前景广阔1）用于提高动物生长速度）用于提高动物生长速度2）用于改善畜产品的品质）用于改善畜产品的品质3）用转基因动物生产药物）用转基因动物生产药物4）用转基因动物作器官移植的供体）用转基因动物作器官移植的供体1）用于提高动物生长速度）用于提高动物生长速度导入导入外源生长激素基因外源生长激素基因，使转基因动物，使转基因动物生长得更快生长得更快2）用于改善畜产品的品质）用于改善畜产品的品质将将肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因奶牛导入奶牛基因组，转基因奶牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低，其它营养分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低，其它营养成分不变。成分不变。3）用转基因动物生产药物）用转基因动物生产药物基因药物最理想的表达场所：基因药物最理想的表达场所：基因药物最理想的表达场所：基因药物最理想的表达场所：乳腺生物反应器乳腺生物反应器转基因动物的乳腺转基因动物的乳腺转基因动物的乳腺转基因动物的乳腺乳腺生物反应器的操作过程乳腺生物反应器的操作过程获取目的基因获取目的基因（例如血清蛋白基因）（例如血清蛋白基因）构建基因表达载体构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）特异表达的启动子）显微注射导入哺乳显微注射导入哺乳动物受精卵中动物受精卵中形成胚胎形成胚胎将胚胎送入母体动物将胚胎送入母体动物发育成转基因动物（只有雌性动物个体的乳腺中，转入的发育成转基因动物（只有雌性动物个体的乳腺中，转入的基因才能表达）基因才能表达）利用乳腺生物反应器产生的医药产品主要有：利用乳腺生物反应器产生的医药产品主要有：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、-抗胰蛋白酶等抗胰蛋白酶等利用乳腺生物反应器生产药物的优点：利用乳腺生物反应器生产药物的优点：产量高；产量高；质量好；质量好；成本低；成本低；易提取易提取。4）用转基因动物作器官移植的供体）用转基因动物作器官移植的供体供体动物：供体动物：解决方法：解决方法：存在的难题：存在的难题：猪猪免疫排斥免疫排斥将器官供体基因组导入将器官供体基因组导入 ，以抑制以抑制 的表达或设法除去的表达或设法除去 ，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官反应的转基因克隆猪器官某种调节因子某种调节因子抗原决定基因抗原决定基因抗原决定基因抗原决定基因3.3.基因工程药物异军突起基因工程药物异军突起基因工程药品包括：基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素、干扰细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素、干扰素等）、抗体、疫苗、激素等素等）、抗体、疫苗、激素等利用基因工程制造转基因的利用基因工程制造转基因的工程菌工程菌，可高效率，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品地生产出各种高质量、低成本的药品4.4.基因治疗曙光初照基因治疗曙光初照思考思考什么是基因治疗？基因治疗什么是基因治疗？基因治疗分为哪两种方法？用于基因治分为哪两种方法？用于基因治疗的基因种类有哪些？目前，疗的基因种类有哪些？目前，基因治疗面临哪些问题？基因治疗面临哪些问题？基因治疗是把正常的基因导入病人体内，使基因治疗是把正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病最有效的手段。疾病的目的，这是治疗遗传病最有效的手段。概念概念体外基因治疗：体外基因治疗：体内基因治疗：体内基因治疗：种种类类从病人体内获得某种细胞，进行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。培养，最后重新输入患者体内。直接向人体组织细胞中转移直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。基因的治病方法。用于基因治疗的基因种类用于基因治疗的基因种类A.A.从健康人体上分离得到的从健康人体上分离得到的功能正常的基因功能正常的基因B.B.反义基因反义基因：通过产生的：通过产生的mRNAmRNA分子，与病变分子，与病变基因产生的基因产生的mRNAmRNA进行互补，来阻断蛋白质进行互补，来阻断蛋白质合成。合成。C.C.自杀基因：自杀基因：编码可以杀死癌变细胞的蛋白编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因酶基因 从正常人的基因组中分离出从正常人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以得出病变图谱。芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNADNA信息。信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、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平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。技术。神奇的基因芯片神奇的基因芯片拓展视野1.4 1.4 蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起1 1.蛋白质工程的崛起的缘由蛋白质工程的崛起的缘由2 22.2.蛋白质工程的原理蛋白质工程的原理3 33.3.蛋白质工程的进展和前蛋白质工程的进展和前景景1.1.蛋白质工程崛起的缘由蛋白质工程崛起的缘由（1）基因工程的不足：）基因工程的不足：在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质(2)天然蛋白质的不足天然蛋白质的不足天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要的需要思考与探究思考与探究对天然蛋白质进行改造，对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？对基因的操作来实现？蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念蛋白质工程是指以蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系及其与生物功能的关系作为基础，通过作为基础，通过基基因修饰或基因合成因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。的生产和生活的需求。2.2.蛋白质工程的原理蛋白质工程的原理基因基因DNADNAmRNAmRNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质蛋白质三维结构三维结构预期功能预期功能生物功能生物功能转录转录翻译翻译折叠折叠分子设计分子设计DNADNA合成合成中心法则中心法则蛋白质工程蛋白质工程蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质工程的主要步骤通常包括：（1 1）从生物体中分离纯化目的蛋白；）从生物体中分离纯化目的蛋白；（2 2）测定其氨基酸序列；）测定其氨基酸序列；（3 3）借借助助核核磁磁共共振振和和X X射射线线晶晶体体衍衍射射等等手手段段，尽尽可可能能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构;4 4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包 括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；（5 5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变；）设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变；（6 6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。能不能根据人类需要能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食人类所需要的蛋白质食品呢？品呢？思考与探究思考与探究3.3.蛋白质工程的进展和前景蛋白质工程的进展和前景有一定进展，有一定进展，但进展缓慢。但进展缓慢。前景诱人。前景诱人。