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选修三专题一课题三+基因工程的应用

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选修三专题一第3 基因工程的应用 3基因工程的应用 选修三专题一 专题基因工程的应用 选修三专题一课题三 专题一基因工程的应用 选修三 专题一 基因工程的应用基因工程的应用 基因工程的应用专题一第三
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1.3 基因工程的应用 一、植物基因工程硕果累累 植物基因工程技术: 1.提高农作物的抗逆能力 2.改良农作物的品质 3.利用植物生产药物 植物基因工程的目的: 培育高产、稳产、品质优良和有抗逆性的植物。 1.抗虫转基因植物 方法: 目的基因: 从某些生物中分离出具有杀虫活性的 基因,将其导入作物中,使其具有抗 虫性 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 成果:转基因抗虫棉;转基因抗虫水稻等。 转基因抗虫棉能抗病吗? 请阅读P18生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的抗虫 机理。 1.抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?对 哺乳动物有害吗? 2.将抗虫基因导入植物细胞中用的最多的方法是什 么?我国的科学家将抗虫基因导入棉花用了什么独 创的方法? Bt毒蛋白基因,从苏云金芽孢杆菌中分离出来, 对哺乳动物无害。 农杆菌转化法 花粉管通道法 思考: 1.细菌的基因之所以能“嫁接”到棉花细胞内,原 因是 。 2.利用基因工程培育抗虫棉,与诱变育种和杂交 育种相比,有什么优点?是属于哪种变异? 不同生物共用一套遗传密码 能够定向改造生物性状;属于基因重组。 目的 基因 病毒外壳蛋白基因(CP基因 ) 病毒的复制酶基因 成果 : 抗烟草花叶病毒的转基因烟草 抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等 。 2.抗病转基因植物 抗病毒基因: 几丁质酶基因 抗毒素合成基因 抗真菌基因: 引起植物生病的病原微生物有:病毒、真菌和 细菌 抗病毒转基因 甜椒 抗病毒转基因 西葫芦 练习 抗病毒转基因植物成功表达后,以下说法正确的是 A.抗病毒转基因植物,可以抵抗所有病毒 B.抗病毒转基因植物,对病毒的抗性具有局限性 或特异性 C.抗病毒转基因植物可以抗害虫 D.抗病毒转基因植物可以稳定遗传,不会变异 B 3.抗逆转基因植物 成果 : A.利用调节细胞渗透压的 基因,提高作物抗旱和抗 盐碱能力; B.将鱼的抗冻蛋白基因转 入番茄,提高番茄的抗冻 能力。 C.将抗除草剂基因导入农 作物中,在喷洒除草剂时 ,杀死杂草而不杀死农作 物。 阅读P19相关内容,找出目前在抗逆性转基因植物方面 取得哪些成果? 4.利用转基因改良农作物品质 成果 : A.将富含赖氨酸的蛋白质的编码 基因导入玉米,获得的转基因玉 米赖氨酸含量提高30%。 B.将控制番茄成熟的基因带入番 茄,获得转基因延熟番茄,储存 期可以达2个月。 C.将与植物花青素有关的基因导 入矮牵牛中,转基因矮牵牛出现 颜色变异。 阅读P19相关内容,找出目前在抗逆性转基因植物方面 取得哪些成果? 转 基 因 矮 牵 牛 转基因蓝玫瑰 转入荧光酶的转基因烟草苗 二.动物基因工程前景广阔 1.用于提高动物生长速度 2.用于改善畜产品品质 3.用转基因动物生产药物 4.用转基因动物做器官移植的供体 动物基因工程的目的: 主要是为改善畜产品的品质,不是为了获得体型 巨大的个体。 1.用于提高动物生长速度 转入外源生长激素基因的转入外源生长激素基因的“ “超级小鼠超级小鼠” ” 转入生长激素基因的鱼(上)和同龄的鱼 目的基因:生长激素基因 2.用于改善畜产品的品质 “乳糖不耐症” 乳糖含量低的奶牛: 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组 3.用转基因动物生产药物 思考: 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。 2、为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢? (1)乳腺是一个外分泌器官,乳汁不进入体内循环, 不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。 (2)从乳汁中获取目的基因产物,产量高,易提纯 ,表达的蛋白质已经过充分的修饰加工,具有稳定的生 物活性。 (3)从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时 ,转基因动物又可无限繁殖。 将 基因与 等调 控组件重组在一起,通过 等方法,导入哺 乳动物的 中,将 其 送入母体,使其发育成转 基因动物。转基因动物进入泌乳期后,可以通过分泌乳 汁生产所需要的药品,称为乳腺生物反应器或乳房生物 反应器。 乳腺生物反应器 药用蛋白乳腺蛋白基因的启动子 显微注射 受精卵 药用蛋白基因目的基因: 过程: 获取目的基因 (药用蛋白基因) 构建基因表达载体 (药用蛋白基因与乳腺蛋白 基因启动子等调控组件重组 ) 显微注射 (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 (只有在产下的雌性动物个 体中,转入的基因才能表达 ) 动物进入泌乳期 (分泌的乳汁中包含所 需要的药物) 优点:产量高、质量好、成本低、易提取 成果: 抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、 α—抗胰蛋白酶 • 继哺乳动物乳腺发生器研发成功后,膀胱生物发生器的 研究也取得了一定进展。最近,科学家培养出一种转基 因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌 到尿液中。请回答: • (1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,常用方法 是__ _________。 • (2)进行基因转移时,通常要将外源基因转入_______ 中,原因是_______ ____ __ 。 • (3)通常采用 技术检测外源基因是否插入 了小鼠的基因组 • (4)在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的 _ 细胞中特异表达。 • (5)膀胱生物发生器比乳腺生物反应器有什么优点? 显微注射法 受精卵 具全能性,可使外源基因在相应的组织细胞中表达 DNA杂交 膀胱上皮 优点: 膀胱反应器 1、可以从动物一出生就收集产物,不论动物的 性别和是否正处于生殖期。 2、从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便 、高效。 4.用转基因动物做器官移植的供体 供体动物: 猪 存在难题: 解决方法:将供体基因组导入某种基因调 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 克隆猪器官。 免疫排斥 (T细胞) 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠 ●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4~5g胰岛 素。 1.基因工程药品 —— 胰岛素 三. 基因工程药物----异军突起 l 传统生产方法的缺点 产量低,价格昂贵,远不能满足社会需要。 l 可利用什么方法来解决上述问题? 利用基因工程方法制造“工程菌”,可高效率地 生产出各种高质量、低成本的药品。 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%。 胰岛素是第一个基因工程药物。 干扰素是病毒侵入细胞后,细胞产生的一种糖蛋白 。几乎能抵抗所有病毒引起的感染,是一种抗病毒的特 效药。此外对治疗某些癌症和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。 1980~1982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。 2.基因工程药品 —— 干扰素 治疗侏儒症的唯一方法,是注射生长激素。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。 3.基因工程药品 —— 生长激素 目前我国生产的基因工程药物有白细胞介素-2、 干扰素、乙肝疫苗等。 四. 基因治疗曙光初照 基因治疗是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。这是治疗遗传病的最有效的手段。 基因治疗: 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,存在基因缺陷的病人细胞中既含有缺陷 基因,又含有通过基因工程导入的正常基因,在 病人体内两种基因都能表达,正常基因的表达产 物掩盖了缺陷基因的表达产物,从而治愈有了基 因缺陷的疾病。 1.体外基因治疗 例如:复合型免疫缺陷症的体外治疗 直接原因: 缺乏腺苷酸脱氨酶(ADA) 根本原因: 腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺失 方 法: 将ADA基因转入取自患者的淋巴细胞,使淋 巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶,然后再将 这种这种淋巴细胞转入患者体内。 思考: 1、用遗传学原理预测腺苷酸脱氨酶基因缺失的 原因? 2、为什么将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞? 基因突变或染色体变异 腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的, 淋巴细胞中具有这种酶才能产生抗体等物质。 2.体内基因治疗 : 例如: 直接向人体细胞中转移基因 囊性纤维病治疗 利用修饰的腺病毒作为载体,将治疗囊性纤维 病的正常基因转入患者的肺部组织中。 ? 33 载体 + 治疗 基因 受体 细胞 重组 受体细胞 患者 体内 导入 形成 体外培养 后导入 直接导入 体外基因治疗 体内基因治疗 3.基因治疗的发展现状: 处于初期的临床试验阶段 4.用于基因治疗的基因种类: 正常基因、反义基因和自杀基因 五.基因芯片 阅读P24—25,思考: 1.什么是基因芯片? 2.基因芯片主要用于哪一方面? 3.使用基因芯片时,会用到碱基互补配对原则吗? 基因芯片是特定序列的DNA片段(基因探针) 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。
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