1、基因工程的应用和蛋白质工程的崛起一、基因工程的应用一、基因工程的应用1植物基因工程的成果植物基因工程的成果提高农作物的提高农作物的 能力、改良农作物的品能力、改良农作物的品质、利用植物生产质、利用植物生产 等。等。(1)抗虫转基因植物抗虫转基因植物方法:将方法:将 导入植物体,使其具有导入植物体,使其具有 抗虫性。抗虫性。抗逆抗逆药物药物杀虫基因杀虫基因成果:各种抗虫作物,如抗虫水稻、成果:各种抗虫作物,如抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米等。抗虫棉、抗虫玉米等。意义:减少意义:减少 ,降低生产成,降低生产成 本,减少环境污染。本,减少环境污染。主要杀虫基因:主要杀虫基因:、蛋白、蛋白 酶抑制剂基因、
2、淀粉酶抑制剂基因、酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。植物凝集素基因等。农药用量农药用量Bt毒蛋白基因毒蛋白基因(2)抗病转基因植物抗病转基因植物方法:将方法:将 导入植物体中,使其具有抗导入植物体中,使其具有抗 病特性。病特性。成果:多种抗病作物,如抗病的烟草、小麦、成果:多种抗病作物,如抗病的烟草、小麦、甜椒、番茄等。甜椒、番茄等。意义:提高作物抗病力,增产。意义:提高作物抗病力,增产。主要抗病基因:抗病毒的主要抗病基因:抗病毒的 和和 病毒的复制酶基因;抗真菌的病毒的复制酶基因;抗真菌的 基因和基因和 抗毒素合成基因。抗毒素合成基因。抗病基因抗病基因病毒外壳蛋白基因病毒外壳
3、蛋白基因几丁质酶几丁质酶(3)抗逆转基因植物抗逆转基因植物方法:将方法:将 基因导入植物体,获得抗逆作物。基因导入植物体,获得抗逆作物。成果:多种抗逆植物,如抗盐碱和干旱的烟草、成果:多种抗逆植物,如抗盐碱和干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂大豆和玉米等。抗寒番茄、抗除草剂大豆和玉米等。意义:提高作物抗逆能力,稳定高产。意义:提高作物抗逆能力,稳定高产。主要抗逆基因:抗盐碱、抗干旱的主要抗逆基因:抗盐碱、抗干旱的 基基 因、耐寒的因、耐寒的 基因、抗除草剂基因。基因、抗除草剂基因。抗逆抗逆渗透压调节渗透压调节抗冻蛋白抗冻蛋白 (4)利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质 方法:将优良性状
4、基因导入植物体,获得方法:将优良性状基因导入植物体,获得 。成果:成果:含量较高的玉米、耐储存番含量较高的玉米、耐储存番 茄、新花色的矮牵牛。茄、新花色的矮牵牛。意义:改良植物的某些品种。意义:改良植物的某些品种。主要优良性状基因:主要优良性状基因:的的 蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基 因、与植物花青素代谢有关的基因。因、与植物花青素代谢有关的基因。优优良品质植物良品质植物赖氨酸赖氨酸提高必需氨基酸含量提高必需氨基酸含量2动物基因工程的成果动物基因工程的成果(1)提高动物的生长速度提高动物的生长速度生长基因:外源生长基因:外源 基因。基因。成果:转基因
5、绵羊、转基因鲤鱼。成果:转基因绵羊、转基因鲤鱼。(2)改善畜产品的品质改善畜产品的品质优良基因:肠优良基因:肠 基因。基因。成果:转基因牛乳汁中成果:转基因牛乳汁中 含量少。含量少。生长激素生长激素乳糖酶乳糖酶乳糖乳糖(3)转基因动物生产药物转基因动物生产药物基因来源:药用蛋白基因乳腺蛋白基基因来源:药用蛋白基因乳腺蛋白基 因的因的 。成果:乳腺生物反应器。成果:乳腺生物反应器。(4)转基因动物作器官移植的供体转基因动物作器官移植的供体器官供体:抑制或除去器官供体:抑制或除去 。成果:利用成果:利用 培育没有免疫排斥培育没有免疫排斥 反应的猪器官。反应的猪器官。启动子启动子抗原决定基因抗原决定
6、基因克隆技术克隆技术3基因工程药物基因工程药物(1)来源:转基因来源:转基因 。(2)成果:成果:、抗体、疫苗、激素等。、抗体、疫苗、激素等。(3)作用:预防和治疗人类肿瘤、心血管疾作用:预防和治疗人类肿瘤、心血管疾 病、遗传病、各种传染病、病、遗传病、各种传染病、类风、类风 湿等疾病。湿等疾病。工程菌工程菌淋巴因子淋巴因子糖尿病糖尿病4基因治疗基因治疗(1)特点:把特点:把 导入病人体内,使导入病人体内,使 该基因的表达产物发挥功能,从而达该基因的表达产物发挥功能,从而达 到治疗疾病的目的。到治疗疾病的目的。(2)成果:将腺苷酸脱氨酶基因导入患者成果:将腺苷酸脱氨酶基因导入患者 的的 ,治疗
7、复合型免疫缺陷症。,治疗复合型免疫缺陷症。(3)方法:分为体外基因治疗法和方法:分为体外基因治疗法和 基因基因 治疗法。治疗法。正常基因正常基因体内体内淋巴细胞淋巴细胞二、蛋白质工程二、蛋白质工程1蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起(1)实质:将一种生物的实质:将一种生物的 转移到另转移到另 一种生物体内,后者产生它本不能产一种生物体内,后者产生它本不能产 生的蛋白质,从而产生新性状。生的蛋白质,从而产生新性状。(2)目的:生产符合人们生活需要的、目的:生产符合人们生活需要的、并非自然界已存在的并非自然界已存在的 。基因基因蛋白质蛋白质(3)实例:天冬氨酸激酶和实例:天冬氨酸激酶和 的的 活性受
8、细胞内活性受细胞内 的影响,当赖氨酸浓度的影响,当赖氨酸浓度 达到一定量时会抑制这两种酶的活性,改变两种达到一定量时会抑制这两种酶的活性,改变两种 酶的特性后,玉米游离赖氨酸含量提高。酶的特性后,玉米游离赖氨酸含量提高。二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶赖氨酸浓度赖氨酸浓度2蛋白质工程原理蛋白质工程原理(1)目的:根据人们对蛋白质功能的特定目的:根据人们对蛋白质功能的特定 需求,对蛋白质结构进行分子设计。需求,对蛋白质结构进行分子设计。(2)原理:原理:。(3)过程:预期蛋白质功能过程:预期蛋白质功能设计设计 结构结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到找到 对应的对应的 序列序
9、列(基因基因)。3蛋白质工程进展蛋白质工程进展 前景广阔,但目前成功的例子不多。前景广阔,但目前成功的例子不多。基因改造基因改造预期的蛋白质预期的蛋白质脱氧核苷酸脱氧核苷酸项目项目具体具体应用应用目的基因目的基因作用作用受体生受体生物物备注备注植物基因植物基因工程常用工程常用方法:方法:农杆菌农杆菌转化法转化法基因枪基因枪法法花粉管花粉管通道法通道法抗虫抗虫转基转基因植因植物物抗虫基因抗虫基因:BtBt毒蛋白毒蛋白基因、蛋基因、蛋白酶抑制白酶抑制剂基因、剂基因、淀粉酶抑淀粉酶抑制剂基因、制剂基因、植物凝集植物凝集素基因素基因抗抗虫虫:B Bt t毒毒蛋蛋白白水水解解成成多多肽肽与与肠肠上上皮皮
10、细细胞胞结结 合合,形形成成穿穿孔孔,细细胞胞肿肿胀胀裂裂解解致致死死;两两种种抑抑制制剂剂分分别别抑抑制制相相应应酶酶活活性性,影影响响消消化化;植植物物凝凝集集素素为为糖糖蛋蛋白白,与与 肠肠黏黏膜膜结结合合,影影响响营营养养物物质质的的吸吸 收收 和和 利利 用用棉花、棉花、水稻、水稻、玉米玉米等等抗虫但不抗病抗虫但不抗病毒、细菌、真菌毒、细菌、真菌等等培育抗虫作物培育抗虫作物优点:减少环境优点:减少环境污染、降低生产污染、降低生产成本成本不同抗虫基因不同抗虫基因作用机理不同作用机理不同BtBt毒蛋白基因毒蛋白基因来自苏云金芽孢来自苏云金芽孢杆菌杆菌考点一考点一 基因工程应用基因工程应用
11、植物植物基因基因工程工程常用常用方法方法:农农杆菌杆菌转化转化法法基基因枪因枪法法花花粉管粉管通道通道法法抗病抗病转基转基因植因植物物病毒外壳蛋白基因病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因病毒复制酶基因、几丁质酶基因、抗几丁质酶基因、抗毒素合成基因毒素合成基因前两种为抗前两种为抗病毒作用病毒作用;后后两种为抗真两种为抗真菌作用菌作用烟草烟草(抗病抗病毒毒)、小麦、小麦(抗病毒抗病毒)等等引起植物生病引起植物生病的微生物有病的微生物有病毒、细菌、真毒、细菌、真菌三大类菌三大类抗逆抗逆转基转基因植因植物物调节细胞渗透压调节细胞渗透压基因基因抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因(从从鱼体内获取鱼体内获取)抗除草剂基因
12、抗除草剂基因通过改变通过改变细胞内渗透细胞内渗透压压,提高抗盐提高抗盐碱、抗旱能力碱、抗旱能力耐寒能力耐寒能力提高提高 抗除草剂抗除草剂烟草烟草(抗旱抗旱、抗盐碱抗盐碱);番茄番茄(抗抗寒寒);大豆、大豆、玉米玉米(抗除抗除草剂草剂)抗逆指抵抗不抗逆指抵抗不良环境的能力良环境的能力,如盐碱、干如盐碱、干旱、低温、涝旱、低温、涝害等害等转基转基因改因改良植良植物的物的品质品质含必需氨基酸的含必需氨基酸的蛋白质编码基因蛋白质编码基因控制番茄果实控制番茄果实成熟的基因成熟的基因花青素代谢有关花青素代谢有关的基因的基因控制合成控制合成的蛋白质含的蛋白质含必需氨基酸必需氨基酸多多延迟番茄延迟番茄成熟成熟
13、改变花瓣改变花瓣的颜色的颜色玉米、番玉米、番茄、矮牵茄、矮牵牛等牛等赖氨酸、亮氨赖氨酸、亮氨酸等都属于必酸等都属于必需氨基酸需氨基酸动物基因动物基因工程常用工程常用方法:显方法:显微注射法微注射法受体细受体细胞:胞:一般用受一般用受精卵精卵提高动物提高动物生长速度生长速度生长激素生长激素基因基因促进生长促进生长,提高生提高生长速度长速度鲤鱼鲤鱼注意:不能注意:不能导入生长素导入生长素基因基因改善畜产改善畜产品的品质品的品质肠乳糖酶肠乳糖酶基因基因将乳糖分将乳糖分解解,降低降低牛奶中乳牛奶中乳糖的含量糖的含量奶牛奶牛部分人对乳部分人对乳糖会发生过糖会发生过敏反应敏反应转基因动转基因动物生产药物生
14、产药物物(生物生物反应器或反应器或乳房生物乳房生物反应器反应器)药用蛋白药用蛋白基因基因+乳乳腺蛋白基腺蛋白基因因+启动启动子子分泌乳汁分泌乳汁来生产所来生产所需要的药需要的药品品牛和牛和山羊山羊已生产出的已生产出的药品有抗凝药品有抗凝血酶、血清血酶、血清蛋白、生长蛋白、生长激素和激素和抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶动物基因动物基因工程常用工程常用方法:显方法:显微注射法微注射法受体细受体细胞:一般胞:一般用受精卵用受精卵转基因动转基因动物作器官物作器官移植的供移植的供 体体某种调节某种调节因子因子设法除去设法除去抗原决定基抗原决定基因因抑制抑制抗原决抗原决定基因定基因的表达的表达不能不能合成相合成相应
15、抗原应抗原猪猪选择猪的器官选择猪的器官做人器官替代做人器官替代品的原因:品的原因:其内脏构造、其内脏构造、大小、血管分大小、血管分布与人相似布与人相似体内隐藏的致体内隐藏的致病基因少病基因少基因工程基因工程药品药品控控制制药药品品合合成成的的相相应应基基因因,如如 人人 的的胰胰 岛岛 素素 基基因、干扰素因、干扰素基因、乙肝基因、乙肝疫苗基因等疫苗基因等生产合生产合成相应成相应的药品的药品,如胰岛如胰岛素、干素、干扰素、扰素、乙肝疫乙肝疫苗等苗等微生物微生物,如大肠如大肠杆菌、杆菌、酶母菌酶母菌等等选择微生物作选择微生物作受体的原因:受体的原因:繁殖快、单细繁殖快、单细胞、遗传物质胞、遗传物
16、质 少少基因基因检测检测和基和基因治因治疗疗基基因因检检测测制作相应探针制作相应探针,利用利用DNADNA分子杂交原分子杂交原理理,快速、准确检测人类某种疾病快速、准确检测人类某种疾病临床应用阶段临床应用阶段基基因因治治疗疗把健康的外源基因导入有基因缺陷把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中的细胞中,可分为体外基因治疗和可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法体内基因治疗两种方法仅处于实验阶段仅处于实验阶段,仍仍有许多问题和困难有许多问题和困难制约该技术的开展制约该技术的开展,所以该技术并未在所以该技术并未在临床开展临床开展总结:总结:1.1.四种商业化应用的转基因作物:大豆、棉花、油菜、玉米
17、四种商业化应用的转基因作物:大豆、棉花、油菜、玉米2.2.转基因作物种植最大的四个国家:美国、阿根延、加拿大、中国转基因作物种植最大的四个国家:美国、阿根延、加拿大、中国3.3.基因芯片有多种用途基因芯片有多种用途,基本原理是基本原理是DNADNA分子杂交分子杂交,检测对象为检测对象为DNA,DNA,但但 必须是单链的必须是单链的,即将双链即将双链DNADNA打开后才能检测打开后才能检测 提提醒醒:动动物物基基因因工工程程主主要要为为了了改改善善畜畜产产品品的的品品 质质,而不是为了产生体型巨大的个体。而不是为了产生体型巨大的个体。基基因因治治疗疗目目前前只只是是处处于于初初期期的的临临床床试
18、试验验阶阶段段,在在 临床上未开展、未实现这方面的治疗。临床上未开展、未实现这方面的治疗。D DN NA A分分子子制制作作探探针针进进行行检检测测时时应应检检测测单单链链,即即将将 双链双链DNADNA分子打开。分子打开。B Bt t毒毒蛋蛋白白基基因因产产生生B Bt t毒毒蛋蛋白白并并无无毒毒性性,进进入入昆昆虫虫 消化道被分解成多肽后产生毒性。消化道被分解成多肽后产生毒性。青青霉霉素素是是青青霉霉菌菌产产生生的的,不不是是通通过过基基因因工工程程生生 产的。产的。原原核核生生物物基基因因(如如抗抗虫虫基基因因)可可做做为为真真核核生生物物(棉棉 花花)的目的基因。的目的基因。项目项目蛋
19、白质工程蛋白质工程基因工程基因工程区区别别过过程程预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计预期的设计预期的蛋白质结构蛋白质结构推测应有的氨基推测应有的氨基酸序列酸序列推测相对应的脱氧核推测相对应的脱氧核 苷酸序列苷酸序列合成合成DNA表达出表达出 蛋白质蛋白质获取目的基因获取目的基因构建构建基因表达载体基因表达载体将目将目的基因导入受体细胞的基因导入受体细胞 目的基因的检测与目的基因的检测与 鉴定鉴定实实质质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特定向改造生物的遗传特性性,以获得人类所需的生以获得人类所需的生物类型或生物产品物类型或生物产品结结果果生产自然界没有的蛋
20、白质生产自然界没有的蛋白质一般是生产自然界已有一般是生产自然界已有的蛋白质的蛋白质联系联系蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,必须通必须通过基因修饰或基因合成实现过基因修饰或基因合成实现考点二考点二 蛋白质工程蛋白质工程蛋白质工程与基因工程的比较蛋白质工程与基因工程的比较【易误警示易误警示】(1)二者都属于分子水平上的操作。二者都属于分子水平上的操作。(2)蛋白质工程的本质是通过改造基因进而形蛋白质工程的本质是通过改造基因进而形 成自然界不
21、存在的蛋白质,所以被形象地成自然界不存在的蛋白质,所以被形象地 称为第二代基因工程。称为第二代基因工程。(3)对基因进行改造后,编码的蛋白质可以遗对基因进行改造后,编码的蛋白质可以遗 传下去,而直接改造蛋白质却不能遗传。传下去,而直接改造蛋白质却不能遗传。拓展延伸拓展延伸 蛋白质组计划和人类基因组计划的比较蛋白质组计划和人类基因组计划的比较蛋白质组计划蛋白质组计划基因组计划基因组计划启动时间启动时间20012001年成立组织年成立组织19901990年正式启动年正式启动主要内容主要内容“肝肝脏脏蛋蛋白白质质”和和“血血 浆浆 蛋蛋 白白 质质”的的 研研 究究测测定定人人类类基基因因组组2 2
22、4 4条条染染色色体体上上全全部部D DN NA A序序列列参加国家参加国家1616个国家个国家,80,80多个实验多个实验室室6 6个国家个国家,中国是唯一中国是唯一的发展中国家的发展中国家我国承我国承担任务担任务牵头执行牵头执行“人类肝脏蛋人类肝脏蛋白质组计划白质组计划”承担承担1%1%的测序工作的测序工作意义意义揭揭示示并并确确认认肝肝脏脏(血血浆浆)蛋蛋白白质质为为重重大大疾疾病病预预防防、诊诊 断断、治治 疗疗 以以 及及 新新药药研研发发提提供供科科学学基基础础;推推动动支支持持蛋蛋白白质质工工程程遗遗传传病病的的诊诊断断和和治治疗疗;揭揭示示基基因因表表达达的的机机理理解解题思路
23、探究思路探究思维误区警示思维误区警示1.1.对乳腺对乳腺(膀胱膀胱)反应器与微生物生产基因产品混肴不清反应器与微生物生产基因产品混肴不清 乳腺生物反应器与微生物生产的比较乳腺生物反应器与微生物生产的比较乳腺生物反应器乳腺生物反应器微生物生产微生物生产(原核生物原核生物)基因结构基因结构动动物物基基因因结结构构与与人人类类 基基 因因 结结 构构 相相 同同与人类基因结与人类基因结构不同构不同类型型项目目 提醒:提醒:乳腺生物反应器受生物性别和年龄的限乳腺生物反应器受生物性别和年龄的限 制制,若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别和若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别和 年龄限制。年龄限制
24、。基因基因表达表达与天然蛋白质活与天然蛋白质活 性没有区别性没有区别由于缺少内质网、高由于缺少内质网、高尔基体等细胞器尔基体等细胞器,产物产物可能不具有生物活性可能不具有生物活性产物产物提取提取从乳汁中较易分从乳汁中较易分 离提取离提取从细胞中提取从细胞中提取,较为较为 复杂复杂生产生产设备设备畜牧业生产畜牧业生产;提取提取设备设备工业生产工业生产;设备精良设备精良2.2.对对“基因诊断基因诊断”和和“基因治疗基因治疗”概念及应用辩析不清概念及应用辩析不清 (1)(1)基因诊断基因诊断 基因诊断是用放射性同位素基因诊断是用放射性同位素(如如3232P)P)、荧光分子等标、荧光分子等标记的记的D
25、NADNA分子做探针分子做探针,利用利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理,鉴定被检测鉴定被检测标本上的遗传信息标本上的遗传信息,达到检测疾病的目的。达到检测疾病的目的。(2)(2)基因治疗的原理及实例基因治疗的原理及实例 原理:把健康动物的正常基因导入含有缺陷基因原理:把健康动物的正常基因导入含有缺陷基因的受体细胞中的受体细胞中,存在基因缺陷的病人细胞中既含有缺陷存在基因缺陷的病人细胞中既含有缺陷基因基因,又含有通过基因工程导入的正常基因又含有通过基因工程导入的正常基因,在病人体内在病人体内两种基因都能表达两种基因都能表达,正常基因的表达产物掩盖了缺陷基正常基因的表达产物掩盖了缺陷基因的表
26、达产物因的表达产物,从而治愈了有基因缺陷的疾病。从而治愈了有基因缺陷的疾病。项目项目类型类型外源基因外源基因类型及举类型及举例例过程过程特点特点成果举例成果举例体外基因体外基因治疗治疗腺腺苷苷酸酸脱脱氨氨酶酶基因基因(1)从从病病人人体体内内获获得得某某种种细细胞胞(2)细细胞培养胞培养(3)体外完成基因体外完成基因转转移移(4)筛选筛选并并扩扩增培养增培养(5)重新重新输输入患者体内入患者体内操操作作复复杂杂,但但成成功功率率高高治治疗疗复复合合型型免免疫疫缺缺陷症陷症体内基因体内基因治疗治疗治治疗疗遗遗传传性性囊囊性性纤纤维维化化病病的的基因基因外源基因外源基因载载体携体携带带 体体内内相
27、相应应组组织织细细胞胞操操作作简简单单,成成功率低功率低治治疗疗遗遗传传性性囊囊性性纤纤维维化病化病 镰刀型细胞贫血症基因治疗过程镰刀型细胞贫血症基因治疗过程步骤步骤过程过程获取正常的血获取正常的血红蛋白基因红蛋白基因用限制酶从人的用限制酶从人的DNADNA分子中切取血红分子中切取血红蛋白基因蛋白基因形成重组载体形成重组载体用用同同一一种种限限制制酶酶切切取取目目的的基基因因和和切切割割载载体体D DN NA A,再再用用D DN NA A连连接接酶酶将将正正常常血血红红蛋蛋白白基基因因连连接接在在载载体体D DN NA A上上,形形 成成重组载体重组载体重组载体的导入重组载体的导入与筛选与筛
28、选将携带正常血红蛋白基因的重组载将携带正常血红蛋白基因的重组载体导入患者的造血干细胞中体导入患者的造血干细胞中,并将并将重组载体插入到染色体重组载体插入到染色体DNADNA上。用上。用选择培养基筛选出含重组质粒的造选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞血干细胞将含正常血红蛋将含正常血红蛋白基因的造血干白基因的造血干细胞回输给患者细胞回输给患者骨髓骨髓将携带正常血红蛋白基因的造血干将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中细胞输入患者骨髓中,此造血干细此造血干细胞产生正常血红蛋白胞产生正常血红蛋白,以根治镰刀以根治镰刀型细胞贫血症型细胞贫血症【易误警示易误警示】基因治疗是治疗人类遗基因治疗
29、是治疗人类遗传病的根本方法,但由于尚未全面了解基因传病的根本方法,但由于尚未全面了解基因调控机制和疾病的分子机理,基因治疗只处调控机制和疾病的分子机理,基因治疗只处于初期的临床试验阶段。于初期的临床试验阶段。纠正训练纠正训练1 1.继继哺哺乳乳动动物物乳乳腺腺生生物物反反应应器器研研发发成成功功后后,膀膀胱胱生生物物 反反应应器器的的研研究究也也取取得得了了一一定定进进展展。最最近近,科科学学家家培培 育育出出一一种种转转基基因因小小鼠鼠,其其膀膀胱胱上上皮皮细细胞胞可可以以合合成成人人 的生长激素并分泌到尿液中。请回答:的生长激素并分泌到尿液中。请回答:(1 1)将将人人的的生生长长激激素素
30、基基因因导导入入小小鼠鼠受受体体细细胞胞中中,常常 用用方方法法是是 。(2)(2)进行基因转移时进行基因转移时,通常要将外源基因转入通常要将外源基因转入 中中,原原因因是是 。(3 3)通通常常采采用用 技技术术检检测测外外源源基基 因是否插入了小鼠的基因组。因是否插入了小鼠的基因组。(4 4)在在研研制制膀膀胱胱生生物物反反应应器器时时,应应使使外外源源基基因因在在小小 鼠鼠的的 细细胞胞中中特特异异表表达达。解解析析 转基基因因生生物物反反应器器是是指指利利用用转基基因因活活体体动 物物的的某某种种能能够高高效效表表达达外外源源基基因因的的器器官官或或组织来来 进行行工工业化化生生产活活
31、性性功功能能蛋蛋白白的的技技术,该技技术的的第第 一一步步就就是是导入入外外源源基基因因,对于于动物物细胞胞来来说,常常 采采 用用的的方方法法是是显微微注注射射法法。显微微注注射射法法的的优点点是是导 入入的的外外源源基基因因片片段段可可长达达50kb,且且无无需需载体体,外外 源源基因在宿主染色体上的整合率相基因在宿主染色体上的整合率相对较高。高。答案答案 (1)(1)显微注射显微注射 (2)(2)受精卵受精卵(或早期胚胎细胞或早期胚胎细胞)受精卵受精卵(或早期胚胎细胞或早期胚胎细胞)具有全能性具有全能性,可使外源基可使外源基 因在相应组织细胞中表达因在相应组织细胞中表达 (3)DNA(3
32、)DNA分子杂交分子杂交(核核 酸探针酸探针)(4)(4)膀胱上皮膀胱上皮2.2.下列关于基因工程应用的叙述下列关于基因工程应用的叙述,错误的是错误的是 ()()A.A.基因治疗需要将正常基因导入有基因治疗需要将正常基因导入有基因缺陷的细胞基因缺陷的细胞 B.B.基因诊断的基本原理是基因诊断的基本原理是DNADNA分子杂交分子杂交 C.C.一种基因探针只能检测水体中的一种病毒一种基因探针只能检测水体中的一种病毒 D.D.原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良 解解析析 基基因因治治疗是是把把正正常常基基因因导入入病病人人体体内内,使使该 基基因因的的表表达
33、达产物物发挥功功能能,从从而而达达到到治治疗疾疾病病的的目目 的的。基基因因诊断断是是用用放放射射性性同同位位素素、荧光光分分子子等等标 记的的DNA分分子子作作探探针,利利 用用 DNA分分子子杂交交原原理理,鉴定定 被被检测标本本上上的的遗传信信息息,达达到到检测疾疾病病或或水水体体中中 病病毒毒的的目目的的,因因此此一一种种基基因因探探针只只能能检测相相应的的遗 传信信息息。在在基基因因工工程程中中,由由 于于 DNA分分子子规则的的双双螺螺 旋旋结构构在在所所有有DNA分分子子中中相相同同,因因 此此,可可以以在在任任何何不不同同DNA分子之分子之间进行操作。行操作。答案答案D知识知识
34、综合综合应用应用重点提示重点提示 通通过“基基因因工工程程和和蛋蛋白白质工工程程综合合”的的考考查,提提升升“把握所学知把握所学知识的要点和知的要点和知识之之间内在的内在的联系系”的能力。的能力。典例分析典例分析 (2 20 00 09 9广广东东卷卷,3 39 9)(1 1)饲饲料料加加工工过过程程温温度度较较高高,要要 求求植植酸酸酶酶具具有有较较好好的的高高温温稳稳定定性性。利利用用蛋蛋白白质质工工 程程技技术术对对其其进进行行改改造造时时,首首先先必必须须了了解解植植酸酸酶酶的的 ,然然后后改改变变植植酸酸酶酶的的 ,从而得到新的植酸酶。从而得到新的植酸酶。(2 2)培培育育转转植植酸
35、酸酶酶基基因因的的大大豆豆,可可提提高高其其作作为为饲饲料料 原原料料时时磷磷的的利利用用率率。将将植植酸酸酶酶基基因因导导入入大大豆豆细细胞胞 常常用用的的方方法法是是 。请请简简述述获获得得 转基因植株的完整过程:转基因植株的完整过程:。(3 3)为为了了提提高高猪猪对对饲饲料料中中磷磷的的利利用用率率,科科学学家家将将带带 有有植植酸酸酶酶基基因因的的重重组组质质粒粒通通过过 转转 入入猪猪的的受受精精卵卵中中。该该受受精精卵卵培培养养至至一一定定时时期期可可通通 过过 方方法法,从从而而一一次次得得到到多多个个转转 基因猪个体。基因猪个体。(4 4)若若这这些些转转基基因因动动、植植物
36、物进进入入生生态态环环境境中中,对对生生 态环境有何影响?态环境有何影响?解解析析 (1)蛋蛋白白质工工程程首首先先要要根根据据已已有有蛋蛋白白质,从从 预期期的的蛋蛋白白质功功能能出出发,设计预期期的的蛋蛋白白质结构构,推推测应有有的的氨氨基基酸酸序序列列,找找到到相相应的的脱脱氧氧核核苷苷酸酸序序 列列,合合成成目目的的基基因因,再再通通过基基因因工工程程产生生转基基因因生生物物。(2)将将目目的的基基因因导入入植植物物细胞胞的的方方法法有有:农杆杆菌菌转 化化法法、基基因因枪法法和和花花粉粉管管通通道道法法,其其中中有有 80%的的转基因植物都是通基因植物都是通过农杆菌杆菌转化法化法产生
37、的。生的。(3)动物物细胞胞核核的的全全能能性性受受细胞胞质的的抑抑制制,故故 目目 的的 基基因因需需注注入入到到受受精精卵卵中中,再再将将注注射射了了目目的的基基因因的的受受 精精卵卵移移植植到到雌雌性性动物物的的输卵卵管管或或子子宫内内,使使其其发育育成具有新性状的成具有新性状的动物。物。(4)转基因生物可造成基因基因生物可造成基因污染等不良影响。染等不良影响。答案答案 (1)(1)分子结构及预期功能分子结构及预期功能 基因基因 (2 2)农农杆杆菌菌浸浸染染法法 首首先先将将目目的的基基因因与与质质粒粒组组合合,构构建建基基因因表表达达载载体体,将将含含目目的的基基因因的的表表达达载载
38、体体导导入入 植植物物细细胞胞,通通过过植植物物组组织织培培养养获获得得表表现现新新性性状状的的植植物物 (3)(3)显微注射法显微注射法 胚胎分割胚胎分割 (4 4)转转基基因因生生物物及及其其产产品品对对生生物物多多样样性性、生生态态环环境境 可可能能产产生生的的影影响响主主要要表表现现在在以以下下几几个个方方面面:转转 基基因因生生物物打打破破了了物物种种的的原原有有界界限限,改改变变了了物物质质循循环环 和和能能量量流流动动,对对生生态态系系统统的的稳稳定定性性造造成成破破坏坏;重重 组组D DN NA A与与微微生生物物杂杂交交,可可能能出出现现对对动动、植植物物和和人人类类 有有害
39、害的的病病原原微微生生物物;增增加加目目标标害害虫虫的的抗抗性性和和进进化化 速速度度;转转基基因因植植物物通通过过传传粉粉进进行行基基因因转转移移,导导致致 超超级级杂杂草草出出现现;转转基基因因植植物物的的花花粉粉如如含含有有有有毒毒蛋蛋 白白或或过过敏敏蛋蛋白白,通通过过蜜蜜蜂蜂的的采采集集,很很可可能能进进入入蜜蜜蜂蜂 中中,再再经经过过食食物物链链的的传传递递,最最后后有有可可能能进进入入其其他他动动 物和人体内。物和人体内。1 1.在在植植物物基基因因工工程程中中,获获取取目目的的基基因因后后,用用农农杆杆菌菌中中 的的T Ti i质质粒粒作作为为载载体体,把把目目的的基基因因重重
40、组组入入T Ti i质质粒粒上上的的 T-DNAT-DNA片段中片段中,再将重组的再将重组的T-DNAT-DNA导入植物细胞中导入植物细胞中,经植物组织培养经植物组织培养得得到转基因植物到转基因植物。(1 1)科科学学家家在在进进行行上上述述实实验验操操作作时时,要要用用同同一一种种 分分别别切切割割质质粒粒和和目目的的基基因因,质质粒粒的的 黏黏性性末末端端与与目目的的基基因因D DN NA A片片段段的的黏黏性性末末端端的的“缝缝 合合”需需 要要 的的 帮帮 助助。(2 2)将将携携带带抗抗除除草草剂剂基基因因的的重重组组T Ti i质质粒粒导导入入二二倍倍体体 油油菜菜细细胞胞,经经培
41、培养养、筛筛选选获获得得一一株株有有抗抗除除草草剂剂特特性性 的的转转基基因因植植株株。经经分分析析,该该植植株株含含有有一一个个携携带带目目的的 基基因因的的T T-D DN NA A片片段段,因因此此可可以以把把它它看看作作是是杂杂合合子子。理理论论上上,在在该该转转基基因因植植株株自自交交后后的的F F1 1代代中中,仍仍具具有有抗抗 除除草草剂剂特特性性的的植植株株占占总总数数的的 ,原原因因是是 。(3 3)种种植植上上述述转转基基因因油油菜菜,它它所所携携带带的的目目的的基基因因可可 以以通通过过花花粉粉传传递递给给近近缘缘物物种种,造造成成“基基因因污污染染”。如如果果把把目目的
42、的基基因因导导入入叶叶绿绿体体D DN NA A中中,就就可可以以避避免免 “基因污染基因污染”,原因是原因是 。解解析析 (1)基基因因工工程程操操作作时,要要用用同同一一种种限限制制性性核核 酸酸内内切切酶切切割割质粒粒和和目目的的基基因因,质粒粒的的黏黏性性末末端端与与 目目的的基基因因 DNA片片段段的的黏黏性性末末端端的的“缝合合”需需 要要DNA 连接接酶的的帮帮助助。(2)由由“把把它它看看作作是是杂合合子子”,可可 以以判判断断抗抗除除草草剂基基因因为显性性,杂合合子子自自交交后后代代显性性 性性状状占占 3/4。(3)因因为花花粉粉中中几几乎乎没没有有细胞胞质,所所 以以叶叶
43、绿体体DNA不会通不会通过花粉花粉传递。答案答案 (1)(1)限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 DNADNA连接酶连接酶 (2 2)3 3/4 4 雌雌、雄雄配配子子各各有有1 1/2 2含含抗抗除除草草剂剂基基因因的的可可 能能,受受精精时时,雌雌、雄雄配配子子随随机机结结合合 (3 3)花花粉粉中中几几 乎没有细胞质乎没有细胞质,叶绿体叶绿体DNADNA不会通过花粉传递不会通过花粉传递2.2.科学家通过基因工程科学家通过基因工程,成功培育出能抗棉铃虫的棉成功培育出能抗棉铃虫的棉 花植株花植株抗虫棉抗虫棉,其过程大致如下图所示:其过程大致如下图所示:(1 1)细细菌菌的的基基因因之之所所以以
44、能能在在棉棉花花细细胞胞内内表表达达,产产生生 抗抗性性,其其原原因因是是 。(2)(2)上述过程中上述过程中,将目的基因导入棉花细胞内使用将目的基因导入棉花细胞内使用 的方法是的方法是 ,这种导入方法较经济、这种导入方法较经济、有效。目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达有效。目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达 其遗传特性的关键是目的基因是否插入到受体细其遗传特性的关键是目的基因是否插入到受体细 胞染色体胞染色体DNADNA上上,这需要通过检测才能知道这需要通过检测才能知道,检测采检测采 用的最好方法是用的最好方法是 。(3)(3)上述基因工程中的核心步骤是上述基因工程中的核心步骤是 ,其目
45、的是使目的基因在受体细胞中稳定存在其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且并且 可以可以 给下一代给下一代,同时同时,使目的基因使目的基因 能够表达和发挥作用。能够表达和发挥作用。(4 4)利利用用基基因因工工程程技技术术培培育育抗抗虫虫棉棉,与与诱诱变变育育种种和和 杂杂交交育育种种方方法法相相比比,具具有有 和和 等等 突突出出的的优优点点,但但是是目目前前基基因因工工程程仍仍不不能能取取代代杂杂交交育育 种种和和诱诱变变育育种种。与与基基因因工工程程技技术术相相比比,杂杂交交育育种种和和 诱诱变变育育种种方方法法主主要要具具有有 的的优优点点。答答案案 (1 1)它它们们共共用用一一
46、套套遗遗传传密密码码 (2 2)农农杆杆菌菌转转 化化法法 D DN NA A分分子子杂杂交交技技术术 (3 3)基基因因表表达达载载体体的的构构 建建 遗遗传传 (4 4)目目的的性性强强 克克服服远远缘缘杂杂交交不不亲亲和和 性性(或或能能有有效效地地打打破破物物种种的的生生殖殖隔隔离离界界限限)操操作作 简便易行简便易行3.3.应用生物工程技术能获得人们需要的生物新品种应用生物工程技术能获得人们需要的生物新品种 或新产品。请据图回答下列问题:或新产品。请据图回答下列问题:(1)(1)在培育转人生长激素基因牛的过程中在培育转人生长激素基因牛的过程中,过程过程 需要的工具酶是需要的工具酶是
47、,过程常用的过程常用的 方法是方法是 。(2)(2)转基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素转基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素,则说明基因工程能够突破自然界的则说明基因工程能够突破自然界的 。在基因表达载体中在基因表达载体中,人生长激素基因的前端必须有人生长激素基因的前端必须有 。过程培养到一定阶段过程培养到一定阶段,可以采用可以采用 技术技术,培育出多头完全相同培育出多头完全相同 的转基因牛犊。的转基因牛犊。(3)prG(3)prG能激发细胞不断分裂能激发细胞不断分裂,通过基因工程导入该通过基因工程导入该 调调控控基基因因来来制制备备单单克克隆隆抗抗体体,最最可可能能是是 细细 胞胞,
48、代代表表的的细细胞胞具具有有 的的特特点点。(4 4)在在抗抗虫虫棉棉培培育育过过程程中中,进进行行过过程程最最常常用用的的方方 法是法是 。解解析析 基基因因工工程程中中用用到到的的工工具具有有限限制制酶、DNA连接接 酶和和载体体。基基因因工工程程的的步步骤为第第一一步步为提提取取目目的的 基基 因因;第第二二步步为目目的的基基因因的的整整合合,形形成成重重组质粒粒或或 重重组DNA;第第三三步步导入入宿宿主主细胞胞;第第四四步步检测与与表表 达达。在在将将目目的的基基因因导入入受受体体细胞胞时,在在细胞胞工工程程中中 常常用用显微微注注射射技技术来来实现。受受体体细胞胞是是植植物物细胞胞
49、 时,常常用用农杆杆菌菌转化化法法。而而在在得得到到目目的的细胞胞之之后后可可 进一一步步培培育育成成个个体体或或者者进行行胚胚胎胎分分割割移移植植得得到到多多 个个个个体体。在在动物物细胞胞工工程程中中,细胞胞融融合合是是获得得单克克 隆隆抗抗体体的的前前提提,得得到到的的细胞胞既既能能无无限限增增殖殖又又能能产生生 特特异异性性抗抗体体。基基因因工工程程能能否否成成功功的的标志志是是基基因因能能 否否成成功功表表达达,即即能能否否进行行转录和和翻翻译。所所以以基基因因要要表达必表达必须要有启要有启动子的启子的启动。答案答案(1)(1)限制酶、限制酶、DNADNA连接酶连接酶 显微注射法显微
50、注射法 (2 2)生生殖殖隔隔离离 启启动动子子 胚胚胎胎分分割割移移植植(胚胚胎胎分分割割 和胚胎移植和胚胎移植)(3)(3)浆浆 既能无限增殖又能产生特异性抗体既能无限增殖又能产生特异性抗体 (4)(4)农杆菌转化法农杆菌转化法4 4.2 20 00 07 7年年1 11 1月月2 20 0日日,日日本本学学者者S Sh hi in ny ya a Y Ya am ma an na ak ka a和和美美 国学者国学者James ThomsonJames Thomson分别在分别在细胞细胞和和科学科学 杂杂志志上上发发表表重重量量级级论论文文,他他们们用用逆逆转转录录病病毒毒为为“分分 子