第六章昆虫基因工程
昆虫学中的昆虫的基因编辑与转基因技术
昆虫学中的昆虫的基因编辑与转基因技术昆虫学作为生物学的一个分支，研究昆虫的生态、分类、生理和行为等方面。
随着科学技术的进步，昆虫学研究中的基因编辑与转基因技术也引起了广泛的关注。
本文将探讨昆虫学中的这两个重要话题，揭示其对昆虫研究和可持续发展的潜在影响。
一、基因编辑技术在昆虫学中的应用基因编辑技术是指通过对基因组DNA中的特定位置进行定点改变，以实现对基因功能的精确调控的一种技术手段。
在昆虫学中，基因编辑技术具有广泛的应用前景。
1. 育种改良基因编辑技术可以用于昆虫的育种改良。
通过编辑昆虫基因组中的关键基因，科学家能够选择或消除不利基因，从而提高昆虫的抗性、适应性和生产力等特征，为农业和生态系统的可持续发展提供支持。
2. 疾病防控昆虫传播的疾病给人类和动植物健康带来了严重威胁。
利用基因编辑技术，科学家可以针对昆虫传播的疾病相关基因进行改造，从而减少病媒昆虫的传播能力，控制疾病的传播范围和速度，为疾病的防控提供新的解决方案。
3. 昆虫行为研究昆虫的行为对于其生态和适应性具有重要影响。
基因编辑技术可以帮助科学家研究昆虫行为的生物学基础，揭示昆虫行为的机制和规律，为生态系统的保护和管理提供依据。
二、转基因技术在昆虫学中的应用转基因技术是将异种基因导入昆虫体内，使其获得新的特征或功能。
在昆虫学研究中，转基因技术有着重要的应用价值。
1. 害虫控制昆虫害虫对农作物的侵害导致农业生产的损失严重。
利用转基因技术，科学家可以将具有杀虫作用的基因导入昆虫体内，从而使昆虫获得耐虫或防虫特性，实现对害虫的有效控制，减少农药的使用，降低对环境的污染。
2. 生物安全研究昆虫在生态系统中的角色和地位至关重要。
通过转基因技术，科学家可以向昆虫导入特定基因，使其在生态系统中起到监测、修复或保护的作用，增强生态系统的稳定性和抵抗能力。
3. 生物控制昆虫在生物控制中具有重要地位。
利用转基因技术，科学家可以改造昆虫的生殖能力、寿命、生长发育等特征，从而实现对害虫和传播疾病昆虫的生物控制，减少化学农药的使用，提高生物控制效果。
第六章基因工程疫苗
时间
12世纪 1721年 1796年 1870 1884年 1885年 1901年 1909年
1909年
1933年
1949年
1954年 1955年
表5-1 疫苗发展史上的里程碑事件
事件
中国开始用人逗接种预防天花 人逗接种传入英国
E. Jenner为James Phipps接种牛痘，疫苗接种正式开始 L. Pasteur发明了第一个细菌减毒活疫苗——鸡霍乱疫苗 L. Pasteur发明了第一个病毒减毒活疫苗——狂犬病疫苗
学科领域
生物技术
作用和影响
遗传学
基因工程和DNA重组（包括基因 克隆和表达，DNA测序，DNA 合成，核酸内切酶和工具酶，
PCR，全基因图谱）
抗原鉴定和抗原分离 测定抗原的可变性 蛋白质抗原的基因工程
基因突变和减毒 重组微生物作为载体
多肽合成
鉴定抗原表位 研制多肽疫苗
化学
蛋白质结构 糖结构
计数及估测T和B细胞表位 多糖疫苗
15世纪中期我国的人痘苗接种法传至中东，后经改革进 行皮下接种。 1721年英驻土耳其的大使夫人，将此法又传至英与欧洲 各国。 人痘的发明是中国人民对世界医学的一大贡献。2000年 ，美国疾病控制与预防中心（Centers for Disease Control and Prevention，CDC）出版了《疫苗可预防疾病的流行病 学与预防学》第6版，在这本被誉为疫苗学权威手册首页的 “疫苗接种的里程碑”中，第一项即是“12世纪中国开始 用人痘接种预防天花”（见表6-1）。这是对中国首先开始 使用人痘接种预防天花是最早的免疫接种形式的肯定。
到19世纪末，人类在疫苗学领域里已经取得了辉煌 的成就，包括2个人用病毒减毒活疫苗（琴纳的牛痘， 巴斯德的狂犬病），3个人用细菌灭活疫苗（美国 Salmon和Smith、法国Chamberlai和Roux的伤寒、霍 乱和鼠疫），以及疫苗学的一些基础概念，如 Metchnikoff的的细胞免疫（1884年），Ehrlich的受 体理论（1897年）及毒素-抗毒素作用。
大学基因工程复习归纳重点复习资料
基因工程复习归纳第一章绪论1.基因工程的定义：是指按照人们的愿望，经过严密的设计，将一种或多种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体/宿主）内，使之按照人们的意愿稳定遗传、并表达出新的性状的技术。
2.基因工程概念的发展：遗传工程→DNA重组技术→分子/基因克隆（Molecular/Gene→基因工程→基因操作。
应用领域以“基因工程”、“DNA重组”为主基因工程基因工程的历史性事件1973：Boyer和Cohen建立DNA重组技术1978：Genetech公司在大肠杆菌中表达出胰岛素1982：世界上第一个基因工程药物重组人胰岛素上市1988：PCR技术诞生1989：我国第一个基因工程药物rhIFNα1b上市2003: 世界上第一个基因治疗药物重组腺病毒-p53上市3.基因工程的三大关键元件基因（供体）：外源基因、目的基因载体：能将外源基因带入受体细胞，并能稳定遗传的DNA分子（克隆载体、表达载体）。
宿主（受体）：，能摄取外源DNA、并能使其稳定维持的细胞（组织、器官或个体）。
4.基因工程的基本步骤（切、接、转、增、检（大肠杆菌是中心角色）（1）目的基因的获取：从复杂的生物基因组中，经过酶切消化或PCR扩增等步骤，分离出带有目的基因的DNA片断。
（2）重组体的制备：将目的基因的DNA片断插入到能自我复制并带有选择性标记（抗菌素抗性）的载体分子上。
（3）重组体的转化：将重组体（载体）转入适当的受体细胞中。
（4）克隆鉴定：挑选转化成功的细胞克隆（含有目的基因）。
（5）目的基因表达：使导入寄主细胞的目的基因表达出我们所需要的基因产物。
第二章 DNA重组克隆的单元操作一、用于核酸操作的工具酶1.限制性核酸内切酶(主要存在于原核细菌中，帮助细菌限制外来DNA的入侵)。
限制性核酸内切酶的功能与类型其中II型限制性核酸内切酶：切割位点专一，适于DNA重组，是DNA重组中最常用工具酶。
昆虫的基因工程和转基因技术
昆虫表观遗传学调控策略
要点一
表观遗传学概述
表观遗传学是研究基因表达的可遗传变化而不涉及DNA序 列改变的科学。这些变化包括DNA甲基化、组蛋白修饰、 非编码RNA调控等，它们可以影响基因的表达模式和细胞 命运。
THANKS
感谢观看
基因功能研究
通过基因敲除、基因沉默 等技术手段，研究昆虫基 因在生长发育、繁殖、代 谢等方面的功能。
昆虫基因工程发展历程
早期探索阶段
20世纪80年代，科学家们开始尝试将 外源基因导入昆虫细胞中，并观察其 对昆虫的影响。
转基因昆虫的应用
近年来，转基因昆虫在农业、医学等 领域的应用逐渐展开，为这些领域的 发展带来了新的机遇。
生态环境领域
前景展望
通过基因工程技术，研究昆虫与环境的相 互作用关系，为生态环境的保护和治理提 供科学依据。
随着基因编辑技术的不断发展和完善，未来 昆虫基因工程将在更多领域发挥重要作用， 为人类社会的可持续发展做出贡献。
02
昆虫转基因技术方法
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
药物生产或疫苗开发载体
重组蛋白表达
利用转基因昆虫表达系统生产重组蛋白，用于药物或疫苗的开发 。
昆虫细胞培养
培养转基因昆虫细胞，用于生产具有药用价值的生物活性物质。
昆虫杆状病毒表达系统
利用昆虫杆状病毒作为载体，在昆虫细胞中表达外源基因，生产药 物或疫苗。
替代实验动物模型
人类疾病模型
高中生物 第六章基因重组与基因工程
第六章基因重组与基因工程教学大纲要求1.熟悉基因工程、基因文库、载体、限制性核酸内切酶、PCR等概念；2.掌握以质粒为载体进行DNA克隆的基本过程；3.了解重组DNA技术在医学上的应用。
教材内容精要一、自然界的基因转移和重组自然界不同物种或个体之间的基因转移和重组是经常发生的，它是基因变异和物种演变、进化的基础。
基因重组的方式有：接合作用、转化、转导、转座。
1．接合作用(Conjugation) 当细胞(细菌)与细胞(细菌)相互接触时，质粒DNA就可从一个细胞(细菌)转移到另一个细胞(细菌)。
2．转化与转导作用(1)转化作用(Transformation)：由外源性DNA导入宿主细胞，并引起生物类型改变或使宿主细胞获得新的遗传表型的过程，称为转化作用。
(2)转导作用(Transduction)：当病毒从被感染的(供体)细胞释放出来，再次感染另一(受体)细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因重组称为转导作用。
3．转座(转位)(Transposition) 可移动的DNA序列包括插入序列和转座子。
故由插入序列和转座子介导的基因转移或重排称转座。
转座是指一个或一组基因从一个位置转到基因组的另一个位置。
可分为插入序列(insertionsequenceIS)转座和转座予(transposons)转座。
4．基因重组不同DNA分子间发生的共价连接称基因重组。
基因重组有两种类型：位点特异的重组(sitespecial recombmatlon)和同源重组(homologous recomblnation)。
二、重组DNA技术’1．重组DNA技术的相关概念(1)DNA克隆：克隆(Clone)就是来自同一个体的相同的集合。
DNA克隆（DNA clone）：应用酶学方法在体外将目的基因与载体DNA结合成一具有自我复制能力的重组DNA分子，通过转化或转染宿主细胞、筛选出含有目的基因的转化子细胞，再进行扩增，提取获得大量同一DNA分子的过程。
昆虫的基因工程与转基因技术
昆虫的基因工程与转基因技术近年来，随着科学技术的不断进步，基因工程与转基因技术逐渐成为生物学研究领域的热点话题。
而在这个领域中，昆虫的基因工程与转基因技术发挥着重要的作用。
本文将探讨昆虫基因工程以及转基因技术的相关概念、应用和伦理考量。
一、昆虫基因工程的概念昆虫基因工程是指通过对昆虫基因进行人为干预和调控，以实现对昆虫特性和行为的改变。
这种干预可以通过基因编辑、转基因和基因驱动等技术手段进行。
二、昆虫基因工程的应用1. 农业应用昆虫既可以是农业害虫，也可以是农业益虫。
通过昆虫基因工程，可以实现对害虫进行基因编辑，使其在生长发育过程中发生异常，抑制其繁殖能力，从而有效控制害虫数量。
同时，还可以通过转基因技术，创造抗虫基因工程农作物，提高其抗虫能力，减少农药使用，达到农业可持续发展的目标。
2. 疾病防控昆虫在疾病传播中起到重要的媒介作用，如蚊子能传播疟疾和登革热病毒。
通过基因工程技术，可以改变昆虫体内的细菌和病毒感染状态，减少疾病传播风险。
例如，利用基因驱动技术，可以实现对蚊子种群的遗传调控，从而减少蚊子传播疾病的能力。
三、转基因技术在昆虫基因工程中的应用转基因技术是指通过将外源基因导入昆虫体细胞内，实现对昆虫基因组的改造。
这种技术可以用于昆虫的基本研究，也可以应用于农业和医学领域。
1. 基本研究转基因技术可以用于昆虫的基因功能研究和基因表达调控研究。
通过将外源基因导入昆虫体内，科学家可以观察这些基因在昆虫中的功能表达，并进一步研究其对昆虫特性的影响。
2. 农业应用转基因技术可以应用于农业害虫防控。
科学家可以将具有杀虫活性的基因导入农作物中，使其对昆虫产生毒性，从而减少农药的使用。
此外，还可以通过转基因技术提高农作物的抗逆性，提高其抗病虫害的能力。
3. 医学应用转基因技术在昆虫身上的应用还存在于医学领域。
例如，通过转基因技术可以生产昆虫源性药物，如昆虫激素和胰岛素。
这些药物具有高效性和低成本的优点，对于医学疾病的治疗具有重要意义。
第6章目的基因的分离克隆(植物基因工程)课件
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14(2) 如何从cDNA中找到所需要的基因？15转录水平上的基因克隆方法
l 差别杂交筛选 l 扣除杂交 l 代表性差别分析 l 差异显示 l cDNA阵列杂交 l 基因表达系列分析 l 抑制差减杂交
筛选目的基因(核酸探针法、免疫结合法)因库应当能包括全部的基因组序 列。如果每一个克隆包括的DNA片段大，则总 克隆数目少，常选择能接受较大片段的载体。 令检测是否包括一个完整的基因组序列的公式：
令例:人类基因组3.0x106kb, 以λEMBL作载体， 插入片段的平均长度为17kb ，p为99%时, 基因 库应有8.1x105 个 重组噬菌体。
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n基于EST信息的基因克隆
EST
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由杨树EST库获得基因序列
PCNA
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克隆的核酸酶
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2、基因组水平上的克隆
将ry) ：将某种生物的基因组DNA切割成 一定大小的片段，并与合适的载体重组后导入宿主细胞，进 行克隆。这些存在于所有重组
➢差别杂交筛选
含有表达 目的基因
不含有表 达目的基因cDNA 铺平板转膜 转膜提取分离 mRNA
cDNA 探针
提取分离 mRNA
cDNA 探针
比较 分析
用对照样品cDNA作探 针杂交的X光片中没有 而在检测样品cDNA作 探针杂交的X光片中有 的印斑，可对照X光片 从原平板挑出菌落进行 鉴定是否含有目的基因
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菌落杂交技术寻找目标DNA克隆
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文 库 的 抗 体 筛 选
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(2) T-DNA标签克隆基因
必修二第六章 从杂交育种到基因工程
本章命题主要考点： (1)杂交育种与诱变育种的原理及应用； (2)基因工程的基本工具及操作的基本步骤； (3)基因工程的应用； (4)几种育种方式的比较。
新课改自主命题在本章呈现以下特点：育 种实际上是基因突变、基因重组、染色体变 异的具体实践与应用，对于以上内容的考查 不一定非得以育种的形式出现。对于动植物 育种来说，植物育种考查的频率高。考点主 要集中在杂交育种的原理、方法、过程和特 点的分析上，同时一般和诱变育种等其他育 种方式进行联系考查。
1．线索指导：本章的复习关键不是在育 种本身，首先需要强化理解育种的基本原理： 基因突变、基因重组、染色体变异。然后掌 握杂交育种的基本步骤和特点，并与其他育 种方式进行比较。 2．重点关注：本章具体的重点和难点有： (1)杂交育种过程基因型的纯化，突破的方 法是把Aa连续自交的后代数学模型解释清 楚，特别要关注子代中已经排除aa类型的概 率计算。
(2)育种实验的理论分析与设计，突破的方 法主要是要求把可能的育种类型分析清楚， 形成解题模型。例如，伴X遗传子代中雌性 与雄性互为相对性状的类型，子代两种性状 都有比例相同的类型，子代性状完全相同的 类型。只有形成一定的解题模型才能够在整 体上提高成绩。 (3)各种育种模型的综合应用，背景多数是 植物育种。突破的方法主要是采用比较法进 行复习整合，总结各种育种方式的原理、过 、优缺点等，要注意循序渐进。
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陈伟 公用邮箱：04b1-509@
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最近的研究表明，全世界的昆虫可能有1000万种，约 占地球所有生物物种的一半。但目前有名有姓的昆虫种类 仅100万种，占动物界已知种类的2/3- 3/4。
昆虫不仅种类多，而且同一种昆虫的个体数量也很 多，有的个体数量大得惊人。一个蚂蚁群可多达50万个 体。一棵树可拥有10万的蚜虫个体。蝗虫大发生时，个体 数可达7～12亿之多，总重量约1250～3000吨，群飞覆
二、具体操作程序
参考书P304的图6－4
说明：标记基因rosy基因，编码黄嘌呤脱氢酶，是果蝇在
含有高浓度嘌呤的培养基上生长所必需的；而ry-的胚胎 不能在这样的培养基中存活。
辅助质粒：含有缺陷型P元件序列（右末端重复序列缺失 23bp）,它只能提供转座酶而不能转座自身序列
思考：为什么不选择完整P元件序列和功能 的质粒作为辅助元件
果蝇体内15%的DNA可以移动。
近年来从黑腹果蝇体内鉴定的转座元件：Copia逆转座子、FB家族 和P元件。
通读
果蝇的全长p因子，长约3kb，两端 有
31bp的末端反向重复序列(IR)，有4 个外显子，编码转座酶。全长P因子 的4个外显子编码转座酶，但只在生 殖系细胞中实现完整的RNA剪接，
生 成有活性的转座酶,87kD。在体细胞 中，RNA剪接不完整，最后一个内
昆虫逆转录病毒，如gypsy—第一个被发现的昆虫特异 性逆转录病毒
浓核病毒—存在于蚊虫和蛀虫体内的DNA病毒
新培斯RNA病毒－被有效地应用在蛋白质的瞬时高效 表 达及蝴蝶和甲虫和基因分析等领域
3.农业害虫的基因工程
史上最强悍的琢木鸟
农业害虫转基因株的目标：控制农业害虫的繁殖规模
战略：①借助农业害虫的共生细菌或病毒 ②分子绝育术 ③基因转化技术
果蝇系统：P元件 蚊虫和农业害虫系统：转座子转化 家蚕系统：表达异源功能蛋白及病毒转染为特征
6.1 果蝇的基因转化系统
果蝇在生命科学研究中的地位：当今分子生物学尤其是发育生物学 研究的重要模式生物
模式生物：指人们在研究生命现象过程中长期、反复作为研究材料 的物种，从这个物种研究中得出的许多生命规律往往代表了许多物 种共同的规律。因为这些生物的细胞数量更少，分布相对单一，变 化也较好观察。因为对这些生物的研究具有帮助我们理解生命世界 一般规律的意义，所以它们被称为“模式生物”。
含 子未除去，因而只有前面3个外显子 编码产生只有66kD的转座酶，是没 同有一种果蝇可分为P型（父本贡献，paternal contributing）和 生M物型学（活母性本的贡。献，matenal contributing），含有P元件的果蝇 称为P型
6.1.2 P元件介导的果蝇杂交不育
原因：P元件在染色体ω遗传位点的插入往往会导致不育，这是由 于很多的P因子发生转座，造成插入突变
目前应用最广的模式生物包括，大肠杆菌、酿酒酵母、拟南芥、秀 丽隐杆线虫、海胆、果蝇、斑马鱼、爪蟾和小鼠等
6.1.1 果蝇转座元件的结构及特征
1951年Barbara Mclintock首先在玉米中发现了控制元件，后来命 名为转座元件或转座子(transposon)。转座子是基因组中一段可移 动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的 一个位置“跳跃”到另一个位置。
6.1.3 P元件介导的经典转化程序
一、P元件介导的转化
设想：基于P元件的转座能力，可用其做为基因转移的有用载体
成功案例：1982年，A.C Spradling和 G.M Rubin，将含有P元件 的质粒注射到M型雌性果蝇的胚胎中，可实现P元件介导的基因转 移。
为什么选择雌性果蝇的胚胎？
注意：显微注射时只能用发育时间为0～90分钟的年轻胚胎，因为 P元件转座作用只发生在生殖细胞中。
6.2 蚊虫和农业害虫的基因改造系统
一、用于非果蝇类昆虫转化的载体 1.用于非果蝇类昆虫转化的转座元件 不可用P元件的原因：P元件系统的转化有效性依赖于 黑腹果蝇及其相近种属体内几个特异性因子的存在 常用转座元件：Minos ，Hermes，Mosl，PiggyBac
2.常见用于非果蝇类昆虫转染的病毒
细胞型的作用:取决于66KD蛋白抑制转座的能力。这个蛋白质是卵中母体因子 产生的。在P品系中必须要有足够的蛋白来抑制转座的发生。含有P因子的雌 果蝇与无论是否带有P因子的雄果蝇杂交，由于P细胞型的存在抑制了转座酶 的合成或激活，表现出正常的生育能力。但当雌果蝇为M型时，在卵中无阻 遏物，这样导致了来自雄果蝇中的P因子使生殖细胞中转座酶活化。P细胞型 能对多代后代发挥作用，表明卵中必须要有足够的阻遏蛋白，而且也要相当 稳定，通过成体传递到下一代的卵中。
盖 面积可达500～1200公顷，可以说是遮天盖日。
大学城10所高校占地面积一览表
高校名称
中山大学 华南理工大学 华南师范大学 广东工业大学 广东外语外贸
大学 广东药学院 广州中医药大
学 星海音乐学院 广州美术学院
广州大学
计划入城学生 规模 2万 2万 1.6万 2.8万
1.2万
1.2万
0.8万
0.3万 0.4万 1.7万
蚊虫的基因工程自学
宋·张俞（蚕妇）
昨日入城市 归来泪满襟 遍身罗绮者 不是养蚕人
家蚕作为经济作物的地位
中国古代最主要的经济昆虫之一。蚕的经济价值在于蚕丝。蚕丝是 主要的纺Βιβλιοθήκη 原料之一。中国是最早利用蚕丝的国家。
古史上有伏羲“化蚕”，嫘祖“教民养蚕”的传说，又说黄帝元妃 西陵
氏为“先蚕”，即最早养蚕的人。
教学区用地面 积
88.5公顷 81.4公顷 68.6公顷 111.3公顷
51.9公顷
36.7公顷
47.4公顷
12.5公顷 16.3公顷 80.1公顷
现有校园面积
504公顷 200公顷 80公顷 73.2公顷
60公顷
10.6公顷
24.7公顷
2.66公顷 9.9公顷 48.6公顷
昆虫基因工程的研究主要在三大物种
秦汉以后，中国的养蚕技术通过举世著名的丝绸之路传入到中亚、 南亚及西亚地区，六世纪世纪中叶，君士坦丁堡国王通过印度僧侣 从中国私运蚕种至该国，是为西方有蚕业之始。