应用基因工程课件
76页1、应用基因工程,什么是基因工程,分子水平 提取/合成生物的遗传物质:DNA(基因)/RNA生物供体 体外切割与载体拼接DNA重组 重组DNA引入受体细胞或生物体,使这种外源DNA(基因)复制与表达 又称遗传工程、DNA重组技术、分子克隆、基因克隆,什么是基因工程药物,基因工程 制备 具有疾病治疗或预防价值 重组蛋白质/多肽 DNA或RNA,根据人类的需要 繁殖基因、或表达其产物、或创造新性状 并稳定遗传给下代,人类细胞,细胞核,一、基因的获取,染色体被切成小片段,鉴定“目的基因”,染色体片段,目的基因,含有目的基因的片段,聚合酶链式反应(PCR),1985年Mullis发明PCR(polymerase chain reaction)快速扩增DNA的方法 模仿体内DNA的复制过程首先使DNA变性,两条链解开,然后使引物模板退火,二者碱基配对,DNA聚合酶随即以4种dNTP为底物,在引物的引导下合成与模板互补的DNA新链。 重复此过程,DNA以指数方式扩增,PCR原理示意图,二、切割DNA的酶 限制性内切酶,限制性内切酶(II型) 特异识别和切割4-8个bp长度且具有回文序列的DNA片段 数
2、百种 产生粘性末端,三、连接DNA的酶 DNA连接酶,将目的基因与载体连接起来,完成基因重组的过程“重组质粒” “载体”:基因工程中,携带目的基因进入宿主细胞进行扩增和表达的工具 表达载体与克隆载体 细菌、酵母、植物细胞、动物细胞,四、导入/表达,重组DNA(重组质粒)导入受体细胞(生物体),目的基因得以复制和表达,细 菌,酵 母,植 物 细 胞,动 物 细 胞,基因枪,绿色荧光蛋白(GFP),基因工程在工业领域的应用,环保工业残留农药降解、降解石油 酶制剂工业 食品工业 化学与能源工业,基因工程在农业领域的应用,农作物新品种抗寒、抗旱、抗盐碱、抗病 除草剂 转基因动物、转基因植物,基因工程在医药领域的应用,基因工程药物转基因植物、转基因动物 基因诊断和基因治疗,转基因植物,传统的杂交技术,基因工程技术,一、农作物基因工程,(一)抗虫转基因作物 (二)抗病毒作物 (三)抗细菌和真菌作物 (四)抗除草剂转基因作物,(一)抗虫转基因作物,苏云金杆菌(BT)毒素蛋白:苏云金杆菌(Bt)产生的毒素蛋白 有高度特异杀鳞翅目昆虫的活性 毒素蛋白被摄食进入昆虫中肠,在昆虫的中肠消化酶的作用下,原毒素
3、降解成有毒性的多肽,结合到中肠上皮细胞表面的特异受体上,致使细胞膜产生一些穿孔,破坏细胞的渗透平衡,引起细胞的肿胀裂解,最后导致细胞死亡,苏云金芽胞杆菌(BT)毒素蛋白基因,抗病基因抗虫基因优质基因,(二)抗病毒作物,植物病毒感染后,被感染的植株常出现矮化、枯死;被感染的叶子常出现花叶(斑点叶、黄叶)、卷叶或畸形 经济作物减产或绝收,烟草花叶病毒,水稻病毒病,花生病毒病:影响我国花生产量的重要病害。一般年份,病毒病引起减产5%-10%,大流行年份能减产20%-30% 小麦丛矮病:平均造成30%的产量损失 油菜病毒病:造成的产量损失常年达20-30%,自1986年Powel-Abel首次将烟草花叶病毒(TMV)外壳蛋白(CP)基因导入烟草,培育出抗TMV植株以来,已经针对许多病毒成功的构建了多种抗病毒植株,如抗番茄花叶病毒(TOMV)、马铃薯Y病毒(PVY)、苜蓿花叶病毒(ALMV)、黄瓜花叶病毒(CNV)、水稻条纹病毒(RSV)等抗性植株。,(三)抗细菌和真菌作物,将“抗菌肽”基因导入植物 将“溶菌酶”基因导入植物,(四)抗除草剂转基因作物,除草剂的作用机制是破坏氨基酸的合成途径和破坏
4、植物光合电子传递链蛋白质的功能。通过改变除草剂靶酶的水平、修改靶酶的敏感性和解除除草剂毒性酶基因,将解除除草剂的编码蛋白基因导入宿主植物,使宿主植物免受伤害。,(五)抗非生物胁迫作物,1.抗旱 2.抗寒 3.抗盐 4.抗氧化 5.抗早熟,(六)其他转基因农作物,黃金米(Golden Rice):一种转基因大米品种,含有可合成胡萝卜素的基因,可合成維生素A 的前体物,可缓解发展中国家维生素A缺乏的问题。,莎弗西红柿(转基因延熟番茄):将“延熟基因”转入西红柿,延长西红柿的的成熟期。,二、 生物反应器,转基因植物作为一种新型的生物反应器,可以生产过去只能从稀有植物乃至其它生物体才能获得的,或者收获量甚微的一些具有商业价值的物质。如激素、抗体、疫苗、营养蛋白、酶、生长因子、药物及保健品等。,三、 转基因植物的安全性,随着转基因技术的飞速发展以及转基因生物的大面积推广,在关注转基因生物所带来的巨大社会、经济和生态效益的同时,转基因生物及其产品的安全性问题也引起世界范围内的广泛关注。农业转基因生物及其产品对人类健康和生态环境是否会带来潜在不良影响,已引起人们的普遍关注。 在人类的科技发展史上,除
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