基因工程的主要成果及发展前景.pptx

基因工程的主要成果及发展前景1主要内容q基因工程概述q基因工程的发展简史q基因工程的主要成果q基因工程的发展前景2基因工程的定义 基因工程（基因工程（genetic engineeringgenetic engineering）技）技术是指按照预先设计好的蓝图，利用现术是指按照预先设计好的蓝图，利用现代分子生物学技术，特别是酶学技术，代分子生物学技术，特别是酶学技术，对遗传物质对遗传物质DNADNA直接竞相体外重组操直接竞相体外重组操作与改造，将一种生物（供体）的基因作与改造，将一种生物（供体）的基因转移到另外一种生物（受体）中去，从转移到另外一种生物（受体）中去，从而实现受体生物的定向改造与改良。而实现受体生物的定向改造与改良。3从细胞中分从细胞中分从细胞中分从细胞中分离出离出离出离出DNADNADNADNA限制酶截取限制酶截取限制酶截取限制酶截取DNADNADNADNA片断片断片断片断分离大肠杆分离大肠杆分离大肠杆分离大肠杆菌中的质粒菌中的质粒菌中的质粒菌中的质粒 DNA DNA DNA DNA重组重组重组重组用重组质粒用重组质粒用重组质粒用重组质粒转化大肠杆菌转化大肠杆菌转化大肠杆菌转化大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌克隆大量基因克隆大量基因克隆大量基因克隆大量基因基因工程的基本程序基因工程的基本程序4基因工程的发展简史qq19721972年，以年，以H.BoyerH.Boyer，P.BergP.Berg等人为代表的一批美国科学家等人为代表的一批美国科学家发展了关于重组发展了关于重组DNADNA技术。并于技术。并于19721972年得到了第一个重组年得到了第一个重组的的DNADNA分子，分子，19731973年完成头一个细菌基因的克隆。年完成头一个细菌基因的克隆。qq19731973年，美国斯坦福大学和旧金山大学年，美国斯坦福大学和旧金山大学CokenCoken和和BoyerBoyer两位两位科学家成功地进行了科学家成功地进行了DNADNA分子重组试验，揭开了基因工程分子重组试验，揭开了基因工程发展的序幕。发展的序幕。qq19751975年，年，F.SangerF.Sanger以及以及A.MaxamA.Maxam和和W.GilbertW.Gilbert发明了快速的发明了快速的DNADNA序列测定技术。序列测定技术。qq19771977年，第一个全长年，第一个全长5387bp5387bp的噬菌体的噬菌体X174X174基因组测定完基因组测定完成。成。qq19781978年，首次实现了通过大肠杆菌生产由人工合成基因表年，首次实现了通过大肠杆菌生产由人工合成基因表达的人脑激素和人胰岛素。达的人脑激素和人胰岛素。qq19811981年，年，R.D.PalmiterR.D.Palmiter和和R.L.BrinsterR.L.Brinster成功获得第一个转成功获得第一个转基因小鼠；基因小鼠；A.c.SpradlingA.c.Spradling和和G.M.RubinG.M.Rubin培育出转基因果蝇。培育出转基因果蝇。qq19821982年，第一个由基因工程菌生产的药物年，第一个由基因工程菌生产的药物胰岛素，在胰岛素，在美国和英国获准使用。美国和英国获准使用。5基因工程的发展简史qq19841984年，年，BevanBevan报告了从粪链球菌中提取的基因植入烟草（报告了从粪链球菌中提取的基因植入烟草（N N icotina plum bag inifoliaicotina plum bag inifolia）的基因组，开创了转基因生物时代。）的基因组，开创了转基因生物时代。qq19881988年，年，J.D.watsonJ.D.watson出任出任“人类基因组计划人类基因组计划”首席科学家，协调首席科学家，协调举世瞩目的人类基因组测序工作的进行。举世瞩目的人类基因组测序工作的进行。qq19891989年，我国首个基因工程药物年，我国首个基因工程药物IFN-aI 1989IFN-aI 1989年经卫生部批准获年经卫生部批准获新药证书。新药证书。qq19941994年，美国农业部（年，美国农业部（USDAUSDA）和美国食品与药品管理局）和美国食品与药品管理局（FDAFDA）批准第一个转基因作物产品）批准第一个转基因作物产品延熟保鲜转基因番茄延熟保鲜转基因番茄进入市场之后，大量的转基因生物作为食品进入人们的生活。进入市场之后，大量的转基因生物作为食品进入人们的生活。qq19951995年，自然杂志汇集发表了人基因组全物理图，以及年，自然杂志汇集发表了人基因组全物理图，以及3 3号、号、1616号和号和2222号人染色体的保密度物理图。号人染色体的保密度物理图。qq19971997年，中国科学院国家基因研究中心以洪国藩教授为首的科年，中国科学院国家基因研究中心以洪国藩教授为首的科学家小组，在世界上首次成功构建了高分辨率的水稻基因组物学家小组，在世界上首次成功构建了高分辨率的水稻基因组物理图；英国爱丁堡罗斯林研究院首次克隆成功多莉羊，引起世理图；英国爱丁堡罗斯林研究院首次克隆成功多莉羊，引起世界轰动。界轰动。qq20212021年，我国率先利用基因工程生产出了流感疫苗。年，我国率先利用基因工程生产出了流感疫苗。6基 因 工 程 的主要 成 果1.基因工程与医药卫生基因工程与医药卫生2.基因工程与食品工业基因工程与食品工业3.基因工程与农牧业基因工程与农牧业4.基因工程与环境保护基因工程与环境保护5.基因工程与生物能源的开发基因工程与生物能源的开发7基因工程与医药卫生1、基因工程制药我国基因工程制药实施产业化始我国基因工程制药实施产业化始于上世纪于上世纪80年代末期，目前基因工年代末期，目前基因工程制药主要瞄准一些重大的常见疾程制药主要瞄准一些重大的常见疾病，如艾滋病、癌症、糖尿病、抑病，如艾滋病、癌症、糖尿病、抑郁症、心脏病、老年性痴呆症、中郁症、心脏病、老年性痴呆症、中风、骨质疏松症等严重危害人类健风、骨质疏松症等严重危害人类健康并流行范围较广的病症。康并流行范围较广的病症。8基因工程制药的技术路线q基因工程细菌发酵制药基因工程细菌发酵制药 q基因工程动物细胞培养制药基因工程动物细胞培养制药 q转基因动物生物反应器制药转基因动物生物反应器制药q转基因植物生物反应器制药转基因植物生物反应器制药 9基因工程与医药卫生q基因工程制药的主要流程：获得目的基因（DNA特定片段）选择基因的合适运载体（另一种DNA分子）组建重组质粒（将重组DNA引入细菌或动植物细胞并使其增殖）构建工程菌（或细胞）培养工程菌（蛋白质、多肽、酶、激素、疫苗、细胞生长因子及单克隆抗体等）产物分离纯化除菌过滤半成品检定成品检定包装。10基因工程药物qq（1 1）重组蛋白质或多肽类药物）重组蛋白质或多肽类药物分类分类品种代表品种代表细胞因子细胞因子1 1、集落刺激因子（、集落刺激因子（CSFCSF）：）：GM-CSFGM-CSF、G-CSFG-CSF2 2、干细胞因子（、干细胞因子（SCFSCF）3 3、肿瘤坏死因子（、肿瘤坏死因子（TNFTNF）4 4、白细胞介素（、白细胞介素（ILIL）5 5、干扰素（、干扰素（IFNIFN）6 6、促红细胞生成素（、促红细胞生成素（EPOEPO）等）等蛋白质激素蛋白质激素人胰岛素、胰高血糖素、人生长激素降钙素、生长激人胰岛素、胰高血糖素、人生长激素降钙素、生长激素素溶血栓药物溶血栓药物重组葡激酶、抗血栓多肽、重组水蛭素组织血栓溶酶重组葡激酶、抗血栓多肽、重组水蛭素组织血栓溶酶活化蛋白（活化蛋白（T-PAT-PA）、凝血因子）、凝血因子；其他其他转化生长因子（转化生长因子（TGFTGF）、白血病抑制因子（）、白血病抑制因子（LIFLIF）等、）等、毒素、单抗、受体及粘附分子毒素、单抗、受体及粘附分子11基因工程药物q（2 2）核酸类药物）核酸类药物 包括包括DNADNA药物、反义药物、反义RNARNA、RNAiRNAi药物、核药物、核酶等。通过基因工程方法制备的药物通常是与天酶等。通过基因工程方法制备的药物通常是与天然蛋白质具有相同结构和活性的重组蛋白或多肽。然蛋白质具有相同结构和活性的重组蛋白或多肽。这类产品多为人工设计，在生理活性、血液中稳这类产品多为人工设计，在生理活性、血液中稳定性、耐热性及耐蛋白酶影响等方面性能优于天定性、耐热性及耐蛋白酶影响等方面性能优于天然型蛋白质。然型蛋白质。12基因工程与医药卫生 在转基因动物制药方面，普遍认为乳腺是最佳在转基因动物制药方面，普遍认为乳腺是最佳“厂厂址址”，因为乳汁不会进入体内循环，不会影响转基因动，因为乳汁不会进入体内循环，不会影响转基因动物本身的新陈代谢，而且从转基因动物乳汁中提取蛋白，物本身的新陈代谢，而且从转基因动物乳汁中提取蛋白，产量高、生物活性稳定。产量高、生物活性稳定。英国罗斯林研究所研制成功的转基因羊的乳汁中含英国罗斯林研究所研制成功的转基因羊的乳汁中含有可治疗肺气肿病的抗胰蛋白酶；荷兰的有可治疗肺气肿病的抗胰蛋白酶；荷兰的PHPPHP公司用转公司用转基因牛生产具有抗菌作用的乳铁蛋白。基因牛生产具有抗菌作用的乳铁蛋白。我国目前已有乳铁蛋白、白蛋白、凝血因子等进入我国目前已有乳铁蛋白、白蛋白、凝血因子等进入临床试验阶段。在上海奉贤的奉新动物试验场，转基因临床试验阶段。在上海奉贤的奉新动物试验场，转基因羊的乳汁中已有了治疗羊的乳汁中已有了治疗B B型血友病的凝血因子型血友病的凝血因子，研究，研究工作正在顺利展开。工作正在顺利展开。13基因工程与医药卫生2 2、基因工程在医学临床上的应用主要包括基因、基因工程在医学临床上的应用主要包括基因诊断和基因治疗。它们为人类及时、有效治疗诊断和基因治疗。它们为人类及时、有效治疗恶性肿瘤和心血管等重大疾病和防治肝炎、艾恶性肿瘤和心血管等重大疾病和防治肝炎、艾滋病等大规模流行病带来希望。滋病等大规模流行病带来希望。14基因诊断 应用基因工程诊断疾病即基因诊应用基因工程诊断疾病即基因诊断，又称断，又称DNADNA诊断，是利用诊断，是利用DNADNA重组重组技术，直接从技术，直接从DNADNA水平来检测人类疾水平来检测人类疾病的新的诊断手段。病的新的诊断手段。15基因诊断 （1 1）基因诊断遗传疾病基因诊断遗传疾病，人体基因组的类型早在受精，人体基因组的类型早在受精卵开始时就已形成，因此在人体发育的任何时期，只要获卵开始时就已形成，因此在人体发育的任何时期，只要获得受检者的基因得受检者的基因DNADNA，应用恰当的，应用恰当的DNADNA分析技术，便能鉴分析技术，便能鉴定出缺陷的基因。定出缺陷的基因。例如例如-地中海地中海贫贫血的血的BartsBarts综综合征是由于合征是由于编码编码-珠蛋白珠蛋白的的 1 1和和 2 2基因缺失引起的，基因缺失引起的，应应用聚合用聚合酶酶链链式反式反应应-等位基因等位基因寡核苷酸（寡核苷酸（PCR-ASOPCR-ASO）技）技术术，可以判断是否患有，可以判断是否患有该该病；病；镰镰刀型刀型细细胞胞贫贫血症患者珠蛋白血症患者珠蛋白BsBs基因第基因第6 6个密个密码码子突子突变变，可以，可以应应用限制用限制酶酶MstMst 识别法予以诊断；通过限制性片段长度多识别法予以诊断；通过限制性片段长度多态（态（RFLPRFLP）的连锁分析，可推测一个家庭成员和胎儿是否）的连锁分析，可推测一个家庭成员和胎儿是否携带有遗传病，这一技术已成功应用于地中海贫血病、苯携带有遗传病，这一技术已成功应用于地中海贫血病、苯丙酮尿症等多种遗传病的基因诊断。丙酮尿症等多种遗传病的基因诊断。16基因诊断 （2 2）基因诊断也被扩大用于传染性疾病的）基因诊断也被扩大用于传染性疾病的检测和诊断，只要找出传染病原的特异性检测和诊断，只要找出传染病原的特异性DNADNA，制成试剂与患者体液反应，如呈阳性便表明，制成试剂与患者体液反应，如呈阳性便表明患者已感染有该病菌。目前已有结核杆菌、淋患者已感染有该病菌。目前已有结核杆菌、淋球菌、丙型肝炎、人类免疫缺陷病毒、肠道病球菌、丙型肝炎、人类免疫缺陷病毒、肠道病毒、肺炎支原体等几十种疾病科采用此技术进毒、肺炎支原体等几十种疾病科采用此技术进行诊断，并正在推出可检测几百种疾病的基因行诊断，并正在推出可检测几百种疾病的基因（DNADNA）芯片，将使检测诊断的规模得到飞跃）芯片，将使检测诊断的规模得到飞跃扩展，这将是人类基因组草图完成后最直接最扩展，这将是人类基因组草图完成后最直接最大的用途。大的用途。17基因诊断 （3 3）应用基因诊断还可以诊断出潜在的病原感染者，）应用基因诊断还可以诊断出潜在的病原感染者，为病人的早期对症治疗提供了可靠依据。例如家养宠物为病人的早期对症治疗提供了可靠依据。例如家养宠物感染弓形虫病可导致孕妇习惯性流产、早产、死产、或感染弓形虫病可导致孕妇习惯性流产、早产、死产、或畸胎，基因诊断可以很快查出病原感染者。基因诊断在畸胎，基因诊断可以很快查出病原感染者。基因诊断在某种程度上，还能够防止一些遗传病出现，减轻症状或某种程度上，还能够防止一些遗传病出现，减轻症状或得到及时医治。例如基因诊断用于早期胎儿的遗传病诊得到及时医治。例如基因诊断用于早期胎儿的遗传病诊断，如果发现断，如果发现“症状症状”便可及早中止妊娠，从而达到优便可及早中止妊娠，从而达到优生的目的。生的目的。此外，基因此外，基因诊诊断技断技术术在在肿肿瘤瘤诊诊断中的断中的应应用也取得了用也取得了重要成果。例如，用白血病患者重要成果。例如，用白血病患者细细胞中分离出的癌基因胞中分离出的癌基因制制备备的的DNADNA探探针针，可以用来，可以用来检测检测白血病。白血病。18基因治疗 基因治基因治疗疗是把健康的外源基因是把健康的外源基因导导入到有基入到有基因缺陷的因缺陷的细细胞中，达到治胞中，达到治疗疗疾病的目的。或者疾病的目的。或者说说用正常的基因取代或修用正常的基因取代或修补补病人病人细细胞中有缺陷胞中有缺陷的基因，从而达到治的基因，从而达到治疗疗疾病的目的。基因工程疾病的目的。基因工程的的兴兴起，使得基因治起，使得基因治疗疗成成为为可能。一些目前尚可能。一些目前尚无有效治无有效治疗疗手段的疾病，如手段的疾病，如遗传遗传病、病、肿肿瘤、心瘤、心脑脑血管疾病、老年痴呆及艾滋病等，可望通血管疾病、老年痴呆及艾滋病等，可望通过过基因治基因治疗疗来达到防治的目的。来达到防治的目的。19基因治疗的方式 (1)(1)基因矫正或置换基因矫正或置换，即对有缺陷基因的异常序列，即对有缺陷基因的异常序列进行矫正，对缺陷基因精确地原位修复，或以正常基进行矫正，对缺陷基因精确地原位修复，或以正常基因原位置换异常基因，因此不涉及基因组的任何改变。因原位置换异常基因，因此不涉及基因组的任何改变。(2)(2)基因增补基因增补，不去除异常基因，而是通过外源基，不去除异常基因，而是通过外源基因的导入，使其表达正常产物，从而补偿缺陷基因的因的导入，使其表达正常产物，从而补偿缺陷基因的功能。功能。(3)(3)基因封闭基因封闭，有些基因异常过度表达，如癌基因，有些基因异常过度表达，如癌基因 或病毒基因可导致疾病，可用反义核酸技术、核酶或或病毒基因可导致疾病，可用反义核酸技术、核酶或诱饵转录因子来封闭或消除这些有害基因的表达。诱饵转录因子来封闭或消除这些有害基因的表达。除上述除上述3 3大类外，还有如导入病毒或细菌来源的大类外，还有如导入病毒或细菌来源的所谓所谓“自杀基因自杀基因”或经过改造的条件性复制病毒，只或经过改造的条件性复制病毒，只能在能在p53p53缺陷的肿瘤细胞中繁殖以达到溶解肿瘤细胞缺陷的肿瘤细胞中繁殖以达到溶解肿瘤细胞的目的。的目的。20基因治疗 2021 2021年年8 8月月1010日，发表于科学转化医学日，发表于科学转化医学和新英格兰医学杂志上的一篇论文报道，和新英格兰医学杂志上的一篇论文报道，科学家用基因工程改造的自体免疫细胞治疗白科学家用基因工程改造的自体免疫细胞治疗白血病获得成功。这种新方法的成功使骨髓移植血病获得成功。这种新方法的成功使骨髓移植不再是治疗白血病的唯一方法，给白血病的治不再是治疗白血病的唯一方法，给白血病的治疗带来了重大突破。疗带来了重大突破。21基因工程与食品卫生q基因工程在食品领域中的作用目前涉及到对食基因工程在食品领域中的作用目前涉及到对食品资源的改造、对食品品质的改造、新产品的品资源的改造、对食品品质的改造、新产品的开发、食品添加剂的生产以及食品卫生检测等开发、食品添加剂的生产以及食品卫生检测等方面。利用基因工程技术不但可以提高食品的方面。利用基因工程技术不但可以提高食品的营养价值，去除食物原料中的有害成分，同时营养价值，去除食物原料中的有害成分，同时还可以通过对农作物品种改良，减少种植过程还可以通过对农作物品种改良，减少种植过程中农药、化肥等化学品的使用量。中农药、化肥等化学品的使用量。22基因工程与食品工业（1 1）改善食品原料品质）改善食品原料品质 23基因工程与食品工业（2 2）生产酶制剂）生产酶制剂 酶的传统来源是动物肝脏和植物种子，后来因发酵酶的传统来源是动物肝脏和植物种子，后来因发酵工程技术的发展，使得利用微生物生产各类酶成为可能，工程技术的发展，使得利用微生物生产各类酶成为可能，2020世纪世纪5050年代初开始，分子生物学和生物化学的发展使年代初开始，分子生物学和生物化学的发展使基因工程技术在酶制剂方面的应用越来越广泛。基因工程技术在酶制剂方面的应用越来越广泛。凝乳酶是第一次应用基因工程技术把小牛胃中的凝凝乳酶是第一次应用基因工程技术把小牛胃中的凝乳酶基因转移到细菌或真核微生物生产的酶，利用基因乳酶基因转移到细菌或真核微生物生产的酶，利用基因工程菌生产凝乳酶是解决凝乳酶供不应求的理想途径。工程菌生产凝乳酶是解决凝乳酶供不应求的理想途径。GeoffrogGeoffrog等将编码牛凝乳酶的基因克隆岛乳酸克鲁维酵等将编码牛凝乳酶的基因克隆岛乳酸克鲁维酵母中发现，乳酸克鲁维酵母能有效地把凝乳酶原分泌到母中发现，乳酸克鲁维酵母能有效地把凝乳酶原分泌到培养基质，并成功地进行了大规模的工业生产。培养基质，并成功地进行了大规模的工业生产。24基因工程与食品工业（3 3）改良食品加工性能）改良食品加工性能 啤酒制造中对大麦醇溶蛋白含量有一定要求，如果大麦啤酒制造中对大麦醇溶蛋白含量有一定要求，如果大麦中醇溶蛋白含量过高就会影响发酵，容易使啤酒产生混浊，中醇溶蛋白含量过高就会影响发酵，容易使啤酒产生混浊，也会使其过滤困难。采用基因工程技术，使另一蛋白基因克也会使其过滤困难。采用基因工程技术，使另一蛋白基因克隆到大麦中，便可相应地使大麦中醇溶蛋白含量降低，以适隆到大麦中，便可相应地使大麦中醇溶蛋白含量降低，以适应生产的要求。应生产的要求。在牛乳加工中如何提高其热稳定性是关键问题，牛乳中在牛乳加工中如何提高其热稳定性是关键问题，牛乳中的酪蛋白分子含有丝氨酸磷酸，它能结合钙离子而使酪蛋白的酪蛋白分子含有丝氨酸磷酸，它能结合钙离子而使酪蛋白沉淀。现在采用基因操作，增加沉淀。现在采用基因操作，增加k-k-酪蛋白编码基因的拷贝数酪蛋白编码基因的拷贝数和置换，和置换，k-k-酪蛋白分子中酪蛋白分子中Ala-53Ala-53被丝氨酸所置换，便可提高被丝氨酸所置换，便可提高其磷酸化，使其磷酸化，使k-k-酪蛋白分子间斥力增加，以提高牛乳的稳定酪蛋白分子间斥力增加，以提高牛乳的稳定性，这对防止消毒奶沉淀和炼乳凝结起重要作用。性，这对防止消毒奶沉淀和炼乳凝结起重要作用。25基因工程与食品工业（3 3）改善食品加工性能改善食品加工性能 中国农业科学院生物技术所的研究人员主中国农业科学院生物技术所的研究人员主持的持的“利用基因工程技术高效表达高甜度蛋白利用基因工程技术高效表达高甜度蛋白”项目已取得可喜进展，目前通过专家鉴定。项目已取得可喜进展，目前通过专家鉴定。该项成果首次在国际上采用细菌优化密码子，该项成果首次在国际上采用细菌优化密码子，人工合成了蛋白甜度为相同重量蔗糖甜度人工合成了蛋白甜度为相同重量蔗糖甜度11001100倍的单链倍的单链monellinmonellin甜蛋白基因；通过定点突变，甜蛋白基因；通过定点突变，有首次获得了蛋白产物甜度为相同重量蔗糖甜有首次获得了蛋白产物甜度为相同重量蔗糖甜度度45004500倍的倍的menellinmenellin甜蛋白基因，并通过优化发甜蛋白基因，并通过优化发酵条件使其在大肠杆菌中得到表达。其表达效酵条件使其在大肠杆菌中得到表达。其表达效率在率在40%40%左右，发酵时间仅为左右，发酵时间仅为2436h2436h（国外发（国外发酵时间酵时间120180h120180h）。）。26基因工程与食品工业（4 4）食品检测）食品检测 近年来近年来DNADNA探针杂交技术在食品微生物检测中的应用探针杂交技术在食品微生物检测中的应用研究十分活跃，研究十分活跃，DNADNA探针杂交技术具有特异性强、灵敏度探针杂交技术具有特异性强、灵敏度高及操作简便快速等特点，将是今后食品微生物检测技术高及操作简便快速等特点，将是今后食品微生物检测技术的一个重要发展方向。的一个重要发展方向。目前该技术已用于多种食品中致病菌的检测。蜡质芽目前该技术已用于多种食品中致病菌的检测。蜡质芽孢杆菌（孢杆菌（Bacillus cereusBacillus cereus）是一种很重要的经食物携带，能）是一种很重要的经食物携带，能引起人体疾病的微生物，其产生的肠毒素可能会引起腹泻、引起人体疾病的微生物，其产生的肠毒素可能会引起腹泻、呕吐等症状。传统的检测方法如平板接种、生化特征描述呕吐等症状。传统的检测方法如平板接种、生化特征描述等方法费时费力，近年来人们通过利用等方法费时费力，近年来人们通过利用PCRPCR和和DNADNA探针技探针技术来检测此类病原菌。例如，术来检测此类病原菌。例如，SubramanianSubramanian等通过用限制性等通过用限制性内切酶内切酶BglBgl从蜡质芽孢杆菌质粒中获得了一段大小为从蜡质芽孢杆菌质粒中获得了一段大小为3kb3kb的的DNADNA片段为探针，研究发现，此片段为探针，研究发现，此DNADNA探针对鉴定蜡质探针对鉴定蜡质芽孢杆菌有高度专一性。芽孢杆菌有高度专一性。27基因工程与农牧业（1 1）种植业）种植业 基因工程在农业上的应用主要表现基因工程在农业上的应用主要表现在两个方面在两个方面:第一，通过基因工程技术获得高产、第一，通过基因工程技术获得高产、稳定和具有优良品质的农作物；稳定和具有优良品质的农作物；第二，用基因工程的方法培育出具第二，用基因工程的方法培育出具有各种抗逆性的作物新品种。有各种抗逆性的作物新品种。28基因工程与农牧业 取自自然植物体内分子较小且富集含硫氨基酸的蛋白质基取自自然植物体内分子较小且富集含硫氨基酸的蛋白质基因转入适当受体，可以改良作物蛋白质的品质。因转入适当受体，可以改良作物蛋白质的品质。例如巴西豆种子内含有例如巴西豆种子内含有12kDa12kDa的小蛋白，占种子总蛋白的的小蛋白，占种子总蛋白的30%30%，还含，还含17.9%17.9%的蛋氨酸和的蛋氨酸和8.7%8.7%胱氨酸。该蛋白的胱氨酸。该蛋白的CDNACDNA（已（已合成）与扁豆蛋白基因的启动子、终止子等构成嵌合基因，以合成）与扁豆蛋白基因的启动子、终止子等构成嵌合基因，以双元双元TiTi质粒载体转入烟草，结果在转基因烟草种子中获得了表质粒载体转入烟草，结果在转基因烟草种子中获得了表达，表达量约为种子总蛋白的达，表达量约为种子总蛋白的5%5%。以色列的科学工作者已将分离到的富脯氨酸基因导入番茄，以色列的科学工作者已将分离到的富脯氨酸基因导入番茄，在番茄的幼果中得到高度表达。他们还建立了转基因水稻细胞在番茄的幼果中得到高度表达。他们还建立了转基因水稻细胞系并从中再生出了小植株，从该植株的叶、根以及维管束中发系并从中再生出了小植株，从该植株的叶、根以及维管束中发现了现了-葡萄糖苷酸葡萄糖苷酸酶酶（GUSGUS）活性。）活性。日本的生命科学工作者从水稻、松日本的生命科学工作者从水稻、松树树和梨和梨树树中分离得到光中分离得到光合作用基因并将其合作用基因并将其导导入光合作用弱的作物，从而加大了作物的入光合作用弱的作物，从而加大了作物的光合作用光合作用强强度，达到了提高作物度，达到了提高作物产产量的目的。量的目的。29一些目前尚无有效治疗手段的疾病，如遗传病、肿瘤、心脑血管疾病、老年痴呆及艾滋病等，可望通过基因治疗来达到防治的目的。Berg等人为代表的一批美国科学家发展了关于重组DNA技术。Heaton等研究者将细菌有机汞裂解酶（merB）和汞还原酶（merA）基因修饰到Arabidopsis和烟草植物中，从土壤中吸收Hg（）和甲基汞（MeHg），最终以气态Hg形式从叶表进入到大气中。(2)基因增补，不去除异常基因，而是通过外源基因的导入，使其表达正常产物，从而补偿缺陷基因的功能。荷兰的PHP公司用转基因牛生产具有抗菌作用的乳铁蛋白。目前已有结核杆菌、淋球菌、丙型肝炎、人类免疫缺陷病毒、肠道病毒、肺炎支原体等几十种疾病科采用此技术进行诊断，并正在推出可检测几百种疾病的基因（DNA）芯片，将使检测诊断的规模得到飞跃扩展，这将是人类基因组草图完成后最直接最大的用途。并于1972年得到了第一个重组的DNA分子，1973年完成头一个细菌基因的克隆。基因工程动物细胞培养制药英国爱丁堡罗斯林研究院首次克隆成功多莉羊，引起世界轰动。通过在植物根系施入有利于生物降解系生长的根系分泌物可以加速四氯乙烯（TEC）的降解。这些转基因烟草植物的储物基因来源于土壤中的一种细菌，这种细菌可以产生一种转化TNT的酶。转基因植物生物反应器制药基因工程与农牧业30 加利福尼亚的戴维斯基因工程公司从矮牵牛中分离出一种新蓝色编码基因，将其导入到玫瑰中，获得了开蓝色花的玫瑰。31基因工程与农牧业 美国研发了一种可食用的转基因棉籽。他们所采用的方法是通过改变棉树的基因，减少了棉籽中的有毒化学物质棉子酚的含量，从而使之可以供人类食用。该攻关课题组负责人德克萨斯大学的植物生物工程学家基尔蒂拉索尔说，研究小组是利用应用于癌症和艾滋病研究中的RNAi技术降低棉籽中棉子酚的含量。32基因工程与农牧业 日本研究人员首次将来自人类肝脏的基因导日本研究人员首次将来自人类肝脏的基因导入稻米基因中，使稻米能够消化杀虫剂和工业产入稻米基因中，使稻米能够消化杀虫剂和工业产生的化学物质，这种新型基因能够产生代号为生的化学物质，这种新型基因能够产生代号为“CPY2B6”CPY2B6”的酶，这种酶尤其擅长分解有害化学的酶，这种酶尤其擅长分解有害化学物质，尤其对物质，尤其对1313种除草剂具有免疫性。种除草剂具有免疫性。在此之后，美国的文特利亚生物技术公司研在此之后，美国的文特利亚生物技术公司研制的转基因水稻可以产生两种能在母乳、唾液和制的转基因水稻可以产生两种能在母乳、唾液和眼泪中找到的蛋白质，这两种蛋白有助于人类的眼泪中找到的蛋白质，这两种蛋白有助于人类的水合反应，从而可缓解腹泻病情。水合反应，从而可缓解腹泻病情。33基因工程与农牧业q英国达勒姆大学和英国农业基因技术公司组成的英国达勒姆大学和英国农业基因技术公司组成的科技攻关小组，应用基因工程技术，把胰蛋白酶科技攻关小组，应用基因工程技术，把胰蛋白酶抑制剂基因转移到作物中成功地获得表达，使之抑制剂基因转移到作物中成功地获得表达，使之变成了耐虫害的新型作物品种。变成了耐虫害的新型作物品种。q美国培育出既抗虫又抗两种除草剂（即抗草甘膦美国培育出既抗虫又抗两种除草剂（即抗草甘膦和草铵膦）的玉米和草铵膦）的玉米q我国运用基因工程培育成双抗优质烟，并在世界我国运用基因工程培育成双抗优质烟，并在世界上首获抗虫转基因黑杨上首获抗虫转基因黑杨q用用“自杀自杀”基因防止作物病虫害基因防止作物病虫害q用基因工程培育出抗虫性强的水稻新品系用基因工程培育出抗虫性强的水稻新品系3435基因工程与农牧业（2 2）养殖业）养殖业 现代养殖业的发展需要大量的动物优现代养殖业的发展需要大量的动物优良品种，常规育种技术往往需大量的种群良品种，常规育种技术往往需大量的种群和漫长的时间，而转基因技术的应用具有和漫长的时间，而转基因技术的应用具有独特的优势，转基因家畜的实验首先是从独特的优势，转基因家畜的实验首先是从兔、猪、绵羊开始，目前转基因牛、猪、兔、猪、绵羊开始，目前转基因牛、猪、兔和羊均已问世。含有人生长激素基因的兔和羊均已问世。含有人生长激素基因的转基因猪生长周期明显缩短，饲料利用率转基因猪生长周期明显缩短，饲料利用率及瘦肉比大幅度提高。及瘦肉比大幅度提高。36基因工程与农牧业 曾经培育出克隆羊多莉的罗斯林研究所的研究人员已培育出首批转基因小鸡，由于经过基因改造，这些鸡产下的蛋能够制造可以防治癌症和其他威胁生命的疾病的药物。37基因工程与农牧业 2021 2021年下半年，年下半年，南京医科大学培育出南京医科大学培育出一批基因工程猪，这一批基因工程猪，这些猪能够为人体器官些猪能够为人体器官移植提供可用器官，移植提供可用器官，以弥补供体短缺。以弥补供体短缺。38基因工程与农牧业 转基因动物技术的实转基因动物技术的实施路线：先将药物蛋白基施路线：先将药物蛋白基因显微注射入供体动物受因显微注射入供体动物受精卵，再通过移植进入受精卵，再通过移植进入受体动物的输卵管。体动物的输卵管。我国科学工作者在提我国科学工作者在提高转基因动物成功率方面高转基因动物成功率方面另辟蹊径，取得了重大进另辟蹊径，取得了重大进展。上海医学遗传研究所展。上海医学遗传研究所的科研人员将分子生物的科研人员将分子生物“选秀选秀”提取至胚胎囊胚阶提取至胚胎囊胚阶段，使转基因羊的成功率段，使转基因羊的成功率明显提高。明显提高。39基因工程与环境保护 随着化学工业的迅速发展，产生了为数众多的化合物。其中不少都是能持久存在的有毒物质，这些物质的存在对人们所处的环境造成了极大的威胁。基因工程技术则有望解决这一难题。科学家通过DNA重组技术得到分解性能较高的工程菌种和具有特殊降解功能的菌株，从而大大提高有机物的降解效率，同时也扩大了可降解的污染物种类。40基因工程与环境保护（1 1）利用植物基因工程技术治理重金属污染）利用植物基因工程技术治理重金属污染 植物修复去除植物修复去除HgHg的方式：从能够脱汞的细菌中得的方式：从能够脱汞的细菌中得到基因，编码到植物中，从而不仅能够增加到基因，编码到植物中，从而不仅能够增加HgHg的抗性，的抗性，而且还可以增加其挥发能力。而且还可以增加其挥发能力。HeatonHeaton等研究者将细菌有等研究者将细菌有机汞裂解酶（机汞裂解酶（merBmerB）和汞还原酶（）和汞还原酶（merAmerA）基因修饰到）基因修饰到ArabidopsisArabidopsis和烟草植物中，从土壤中吸收和烟草植物中，从土壤中吸收HgHg（）和甲）和甲基汞（基汞（MeHgMeHg），最终以气态），最终以气态HgHg形式从叶表进入到大气形式从叶表进入到大气中。中。酿酒酵母液泡转运蛋白酿酒酵母液泡转运蛋白YCF1YCF1催化催化Cd Cd 2+2+（Cd-Cd-GS2GS2）转运到液泡中，同时也可催化）转运到液泡中，同时也可催化As-GS3As-GS3和和Hg-GS2Hg-GS2的转运。在拟南芥中成功表达有功能活性的的转运。在拟南芥中成功表达有功能活性的YCF1YCF1的研的研究表明，究表明，YCF1YCF1的过量表达明显提高了植物对高浓度铅、的过量表达明显提高了植物对高浓度铅、镉的耐受性，且转基因植物有很高的抗性。镉的耐受性，且转基因植物有很高的抗性。41生物能源（又称绿色能源）是指从生物中得到的能源。例如，用白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针，可以用来检测白血病。Berg等人为代表的一批美国科学家发展了关于重组DNA技术。其中不少都是能持久存在的有毒物质，这些物质的存在对人们所处的环境造成了极大的威胁。目前该技术已用于多种食品中致病菌的检测。生物能源是一种可再生的清洁能源，开发和使用生物能源符合人类可持续发展和循环经济的理念。并于1972年得到了第一个重组的DNA分子，1973年完成头一个细菌基因的克隆。Berg等人为代表的一批美国科学家发展了关于重组DNA技术。英国罗斯林研究所研制成功的转基因羊的乳汁中含有可治疗肺气肿病的抗胰蛋白酶；Berg等人为代表的一批美国科学家发展了关于重组DNA技术。英国罗斯林研究所研制成功的转基因羊的乳汁中含有可治疗肺气肿病的抗胰蛋白酶；基因工程制药的技术路线转化生长因子（TGF）、白血病抑制因子（LIF）等、毒素、单抗、受体及粘附分子在此之后，美国的文特利亚生物技术公司研制的转基因水稻可以产生两种能在母乳、唾液和眼泪中找到的蛋白质，这两种蛋白有助于人类的水合反应，从而可缓解腹泻病情。包括DNA药物、反义RNA、RNAi药物、核酶等。我国运用基因工程培育成双抗优质烟，并在世界上首获抗虫转基因黑杨转基因动物生物反应器制药基因工程与环境保护（2 2）利用植物基因工程技术治理持久性有机污染（）利用植物基因工程技术治理持久性有机污染（POPSPOPS）通过在植物根系施入有利于生物降解系生长的根系分泌通过在植物根系施入有利于生物降解系生长的根系分泌物可以加速四氯乙烯（物可以加速四氯乙烯（TECTEC）的降解。试验证实，在无菌条）的降解。试验证实，在无菌条件下生长的杂交杨树能够有效提取件下生长的杂交杨树能够有效提取TECTEC并将其降解为三氯乙并将其降解为三氯乙烯、氯化醋酸盐以及最终产物二氧化碳。烯、氯化醋酸盐以及最终产物二氧化碳。三硝基甲苯（三硝基甲苯（TNTTNT）是一种高毒性污染物，英国的一些）是一种高毒性污染物，英国的一些生物学家已经培养出一种转基因烟草，它们可以吸收土壤中生物学家已经培养出一种转基因烟草，它们可以吸收土壤中的的TNTTNT，然后把，然后把TNTTNT转化成对其他植物无害的物质，从而除转化成对其他植物无害的物质，从而除去土壤中的污染。这些转基因烟草植物的储物基因来源于土去土壤中的污染。这些转基因烟草植物的储物基因来源于土壤中的一种细菌，这种细菌可以产生一种转化壤中的一种细菌，这种细菌可以产生一种转化TNTTNT的酶。的酶。此外，此外，FrenchFrench及其同事通过导入季戊四醇四硝酸脂还原及其同事通过导入季戊四醇四硝酸脂还原酶成功培育出能够降解硝酸脂和硝基苯环类化合物的转基因酶成功培育出能够降解硝酸脂和硝基苯环类化合物的转基因植物。植物。42基因工程与环境保护q 基因工程的方法可以用于环境监测。基因工程的方法可以用于环境监测。据报道，用据报道，用DNADNA探针可以检测饮用水中探针可以检测饮用水中病毒的含量。病毒的含量。q 还有一些科学家正努力通过基因重还有一些科学家正努力通过基因重组构建新的杀虫剂，以取代生产过程中组构建新的杀虫剂，以取代生产过程中耗能多，又易造成环境污染的农药，并耗能多，又易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程的方法回收和利用工试图通过基因工程的方法回收和利用工业废物。业废物。43基因工程与生物能源的开发q 生物能源（又称绿色能源）是指从生物生物能源（又称绿色能源）是指从生物中得到的能源。生物能源是一种可再生的中得到的能源。生物能源是一种可再生的清洁能源，开发和使用生物能源符合人类清洁能源，开发和使用生物能源符合人类可持续发展和循环经济的理念。因此，利可持续发展和循环经济的理念。因此，利用高新技术手段开发生物能源，已成为当用高新技术手段开发生物能源，已成为当今世界发达国家能源战略的重要部分。今世界发达国家能源战略的重要部分。44基因工程与生物能源的开发q 荷兰生物学家马克荷兰生物学家马克 斯特劳斯研制出一种厌氧氨斯特劳斯研制出一种厌氧氨氧化布罗卡德菌，这种细菌不仅可以在无氧状态下氧化布罗卡德菌，这种细菌不仅可以在无氧状态下生存，并通过分解常见于生活污水中的氨气等物质生存，并通过分解常见于生活污水中的氨气等