生物技术资料卡 @Q@ 花粉管通道法这是我国科学家独创的一种方 目的基因 法。我们知道,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,花粉形成的花粉管还未愈合 前,剪去柱头,然后,滴加DNA(含目的基因) 使目的基因偕助花粉管通道进入受体细胞,我 子房 国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的,花 粉管通道法是一种十分筒便经济的方法。 花粉管通道法 将自的基因导入动物如胞 迄今为止,显微注射技术是转基因动物中采用最 多,也是最为有效的一种将目的基因导入动物细胞的方 法。1982年,世界上第一例体型比普通小鼠大1.8倍的转 基因“超级小鼠”就是采用显微注射技术获得成功的。 基本的操作程序是:首先将含有目的基因的表达载体提 纯,并使DNA浓度保持在1-3g/mL;然后,从雌性动 物体内取出卵(可以在体内受精,也可以在体外受精), 采用显微注射仪进行显微注射(图1-12);再将注射了 目的基因的受精猁图1-13),经胚胎早期培养一段时 间后,再移植到雌性动物的输卵管或子宫 内,使其发育成为具有新性状的动物。 将日的基因导入橄生物如胞 图1-12显微注射仪 由于原核生物具有一些其他生物没 有的特点:繁殖快、多为单细胞、遗传 物质相对较少等,因此,早期的基因工 程操作都用原核生物作为受体细胞,其 中以大肠杆菌应用最为广泛。大肠杆菌 图1-13将目的基因注射到动物细胞 细胞最常用的转化方法是:首先用Ca2 处理细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的 生理状态,这种细胞称为感受态细胞。第二步是将重组表 达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合,在一定 的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子,完成转化过程。 目的基因的检测与鉴定 目的基因导入受体细胞后,是否可以稳定维持和表达 专题1基因工程13
其遗传特性.只有通过检测与鉴定才能知道。这是基因工 :程的笫四步工作,也是检查基因工程是否做成功的一步。 首先,要检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了 目的基因,这是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关 键。检测方法是采用DNA分子杂交技术,即将转基因生物 的基因组DNA提取出来,在含有目的基因的DNA片段上 用放射性同位素等作标记,以此作为探针,使探针与基因 :组DNA杂交,如果显示出杂交带,就表明目的基因已插入 :染色体DNA中(图1-14 其次,还需要检测目的基因是否转录出了mRNA,这 是检测目的基因是否发挥功能作用的第一步。检测方法同 样是采用分子杂交技术,与上述方法不同之处是从转基因 :生物中提取的是mRNA,同样用标记的目的基因作探针, 与mRNA杂交,如果显示出杂交带,则表明目的基因转录 :出了mRNA 目的基因片段 A TACGGTCATGTOGCATGCTAG\ ATGCCAGTACAGCGTACGATC\ 基囚探针 非目的基因片段 A GTACAGCGTA\ GACATAGCTACA ∧ CTGTATCGA 放射性标记 八A 目的基因片段八八 CGGTCATYTYGCATGCTAG八 火女//基四探针 图1-14目的基因的检测示意图 最后,检测目的基因是否翻译成蛋白质。检测的方法 与上述方法有所不同,是从转基因生物中提取蛋白质,用 :相应的抗体进行抗原一抗体杂交,若有杂交带出现,表明 目的基因已形成蛋白质产品 除了上述的分子检测外,有时还需要进行个体生物学 :水平的鉴定例如,一个抗虫或抗病的目的基因导入植物 细胞后,是否赋予了植物抗虫或抗病特性,需要做抗虫或 14专題1基因工程
抗病的接种实验,以确定是否具有抗性以及抗性的程度 (图1-15)。又如,有的基因工程产品需要与天然产品的 功能进行活性比较,以确定转基因产品的功能活性是否与 天然产品相同。 图1-15抗虫棉的接种实验(左为抗虫转基因棉,使虫体发商不正常 思考与探究 L作为基因工程表达载体,只需含有目的:联系前面有关细胞器功能的知识,结合基因工 基因就可以完成任务吗?为什么 程操作程序的基本思路,思考一下若要生产人 2根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植 的糖蛋白,可以用大肠杆菌吗? 物的机理,你能分析出农杆菌不能将目的基因 4β-珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成 导入单子叶植物的原因吗?若想将一个抗病基·成分。当它的成分异常时,动物有可能患某种疾 因导入单子叶植物(如小麦),从理论上说,你:病,如镰刀形细胞贫血症假如让你用基因工程 认为应该怎样做? 的方法,使大肠杆菌生产出鼠的β珠蛋白,想 3利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素,:一想,应如何进行设计? 参观访问 有条件的地方,与大学或研究机构联系,参观基 因工程实验室,看科研人员是怎么进行基因工程的研 究和开发的。也可尝试让部分学生参与某项转基因实 验,实验結来后,以讲座形式介绍给其他同学 专题1基因工程15
历史不能忘记中国科学家对PCR的贡献 PCR从畅想到实现,真的就是穆里斯一个人的功劳吗?其实这里也有中国人的 贡献。 1972年,穆里斯在加州大学伯克利分校获得有机合成专业博士学位。1979年, 进入“西特斯”( Cetus)生物技术公司任职,负责合成供实验用的寡核苷酸(短链的 DNA分子)。1983年8月,他首次在公司里做了有关PCR原理的报告,但大家反 应冷淡,认为这个原理大简单了,如果可行,早就有人做了 1986年,公司主管向沃森推荐,使穆里斯平生第一次受邀在同年5月举行的一 次“人类分子生物学”专题研讨会上做了PCR原理及实验应用的报告,这形成了先 入为主的印象,即PCR是穆里斯一手发明的,为此,1993年穆里斯获得诺贝尔化 学奖。然而,将PCR变成真正成熟技术的“临门一脚”,则是中国科学家钱嘉韵完 成的,是她发现并分离了耐高温的DNA聚合酶 钱嘉韵是我国台湾的科学家,她是第一个报遒分离耐高温DNA聚合酶工作的 1973年,钱嘉的就读于美国俄亥俄州辛辛那提大学生物系,她的导师对黄石公园 里热泉中发现的嗜热菌十分好奇,他让钱嘉的以该细菌作为研究主题。钱嘉韵不 负师望,从该细菌中威功地分离了耐高温的DNA聚合酶,并于1976年在《细菌 学杂志》上以第一作者身份发表了论文。这篇论文在科学界被广泛引用。西特斯 公司的工作人员按照钱嘉韵等人发明的操作步骤,成功地分离了这种DNA聚合 酶。由于钱嘉韵等人的工作早于穆里斯,最近几年,科学界又提出了耐高温DNA 聚合酶的专利权间题,这使PCR的专利权也连带地受到了挑战。 美国黄石公园的热泉 16专題1基因工程
1 基因工程的应用 基因工程自20世纪70年代兴起后,在短短的30年间, 得到了飞速的发展,目前已成为生物科学的核心技术。基 因工程在实际应用领域——一农牧业、工业、环境、能源和 医药卫生等方面,也展示出美好的前景。 植物基因工程硕果累累 植物基因工程在农业中的应用发展迅速。从1996~ 2001年,在短短的5年中,全世界转基因作物的种植面积7% 就增长了30倍。以转基因植物研究、开发和应用为标志的 农业技术革命,已经在一些国家展开,00年,就世界范% 围来看,转基因植物种植面积首次突破5×105hm2。其中, 转基因大豆、棉花、油菜、玉米已进入大规模商业化应用 阶段,这四种转基因作物种植面积占相关作物种植面积的 比例已达到:大豆63%,玉米19%,棉花13%,油菜5%。 22% 我国转基因作物的种植面积也迅速增长,目前已位居世界 第四(图1-16)。 10% 植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如 抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等),以及改良 美国阿根廷加拿大 农作物的品质和利用植物生产药物等方面。 图1-162001年转基因作物种植面积最 抗虫转基因植物 大的四个国家及其所占比例 全世界每年因虫害造成农作物的损失约占总产量的 13%,达数千亿美元。对农业害虫的防治,大多是依靠化 学农药。大量使用化学农药不仅造成 了严重的环境污染,损害了人类健 康,而且大大增加了生产成本。因此 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,已成为防治作物虫害的发展趋 势,目前,已问世的转基因抗虫植物《 主要有水稻(图1-17)、棉、玉米、 马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹 果、核桃、杨、菊花和白花三叶草等。 用于杀虫的基因主要是Bt毒蛋白基 因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制 图1-17转基因抗虫水稻 剂基因、植物凝集素基因等。例如, 转基因抗虫水稻绿色植株}与对照【黄色枯萎植株 专题1基因工程17