资源简介

(共65张PPT)
第4节 蛋白质工程的原理和应用
第3章 基因工程
从社会中来
你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。
最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。
思考：科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？
对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的。
科学家用几种不同颜色的细菌和真菌绘制了一副珊瑚的图景。紫色的部分是粘质沙雷菌，粉红色带点黄绿的部分是金红色葡萄球菌，白色的部分是热带念珠菌，灰色的部分是肺炎克雷伯菌。
绿色荧光蛋白（green fluorescent protein, GFP）最早是由下村修等人在1962年在一种学名Aequorea victoria的水母中发现，其基因所产生的蛋白质，在蓝色波长范围的光线激发下，会发出绿色荧光。
1992-1994年的2年间，马丁·查尔菲博士一直致力于在体外克隆绿色荧光蛋白的编码基因，并先后将其成功表达在了原核模式生物大肠杆菌及秀丽隐杆线虫中，并最终获得了带有绿色荧光蛋白标记的神经元的转基因秀丽隐杆线虫。
带有GFP标记的秀丽隐杆线虫神经元结构。如图所示依次为秀丽隐杆线虫的头部神经节、背神经索、腹神经索及尾部神经节结构。
1994年，钱永健开始了对绿色荧光蛋白（GFP）改造进行研究，通过基因突变的方法，让原本发出柔弱绿光的蛋白发光变得更明亮、更持续。此后，钱永健制出了多种蛋白，有的荧光强，有的呈现黄、蓝、红色，有的可激活、可变色，世界上使用的荧光蛋白大多是钱永健实验室改造后的变种。
钱永健实验室荧光细菌画
2008年，瑞典皇家科学院将当年诺贝尔化学奖分别授予日本科学家下村修（左一）、美国科学家马丁·查尔菲（中）和美籍华裔科学家钱永健（左三）。
1. 概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。它是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程。
①基础：
②操作手段及对象：
③结果：
④目的：
蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系
改造或合成基因
改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质
获得满足人类生产和生活需求的蛋白质
一、蛋白质工程的概念
蛋白质工程理论和技术：分子生物学、晶体学和计算机技术（了解）
晶体学：又称结晶学，是一门以确定固体中原子（或离子）排列方式为目的的实验科学。
X射线晶体学是确定生物大分子，尤其是蛋白质和核酸（如DNA、RNA）构象的主要方法，通过研究生物大分子的晶体结构，利用X射线分析方法得到了生物大分子的空间模型。
01
1. 基因工程的实质及不足
（1）实质：
基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者可以产生它原本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。
（2）不足：
基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质
（天然蛋白质）。
基因重组
二、蛋白质工程崛起的缘由
2. 天然蛋白质的不足
天然蛋白质是生物长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
玉米中赖氨酸含量较低，经人工改造两种关键酶—天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶，可使其叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。
二、蛋白质工程崛起的缘由
3. 实例
玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大。赖氨酸达到一定浓度就会抑制这两种酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。如果我们将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。
前体物质
天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶
赖氨酸
负反馈
天冬氨酸激酶
（第352位苏氨酸）
天冬氨酸激酶
（异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶
（第104位天冬氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶
（异亮氨酸）
（玉米叶片和种子中游离的赖氨酸分别提高5倍和2倍）
改造
改造
提高玉米中赖氨酸的含量
赖氨酸合成
调控
达到一定浓度
两种酶的活性
第352位的苏氨酸变成异亮氨酸
二氢吡啶二羧酸合成酶
第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸
赖氨酸含量
抑制
提高
提高
限制
提高
实例：提高玉米赖氨酸含量
天冬氨酸激酶
+
三、蛋白质工程的基本原理
要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。
根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。
1. 目标：
2. 实质：
以基因为对象的原因：
（1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且基因改造可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传的。
（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。
Tell me why
思考：为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？
3. 天然蛋白质合成过程：
按照中心法则进行
三、蛋白质工程的基本原理
基因 → 表达（转录和翻译） → 形成具有特定氨基酸序列的多肽链 → 形成具有高级结构的蛋白质 → 行使生物功能
项目 DNA复制 转录 翻译
场所 细胞核（主要） 细胞核（主要） 核糖体
模板 DNA双链 DNA单链 mRNA
原料 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 21种氨基酸
能量 ATP
酶 解旋酶、DNA聚合酶等 RNA聚合酶等 各种酶
碱基配对 A—T T—A C—G G—C A—U T—A C—G G—C A—U U—A
C—G G—C
产物 DNA RNA 肽链
信息传递 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质
DNA复制、转录和翻译的比较
预期的蛋白质功能
设计预期的蛋白质结构
推测应有的氨基酸序列
找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因
获得所需要的蛋白质
4. 基本思路：
三、蛋白质工程的基本原理
中心法则的逆推，与天然蛋白质合成的过程相反
4. 基本思路：中心法则的逆推，与天然蛋白质合成的过程相反
从预期蛋白质功能出发 → 设计预期的蛋白质结构 → 推测应有的氨基酸序列 → 找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因 → 获得所需要的蛋白质。
三、蛋白质工程的基本原理
预期功能
生物功能
设计
推测
改造或合成
行使
折叠
目的基因
转录
mRNA
翻译
蛋白质
（三维结构）
4. 基本思路：中心法则的逆推
构建蛋白质三维结构图：
获得蛋白质晶体：
分析晶体的结构：
碱基的替换：
借助计算机
通过X射线衍射技术
基因的定点突变技术
晶体学技术
多肽链
某多肽链的一段氨基酸序列是：
丙氨酸
苯丙氨酸
色氨酸
谷氨酸
赖氨酸
讨论1：
怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
思考 · 讨论（94页）
查密码子表
mRNA序列
脱氧核苷酸序列
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G
U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终 止 终 止 半胱氨酸 半胱氨酸 终 止 色氨酸 U
C
A
G
C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U
C
A
G
密码子表
氨基酸序列：
丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—谷氨酸—苯丙氨酸
mRNA序列：
4×1×2×2×2 = 32种
脱氧核苷酸序列有32种
思考 · 讨论（94页）
讨论2：
确定目的基因的碱基序列以后，怎样才能合成或改造目的基因？
可以人工合成目的基因，或应用基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等进而改造基因。
天然蛋白质
改造蛋白质
补充：基因的定点突变技术1------重叠延伸PCR技术
①该过程需要______种引物；
②PCR1的产物AB是引物___和引物___扩增的结果；
③PCR2的产物CD是引物___和引物___扩增的结果；
④产物AD的形成需要引物吗？___________________________________
⑤需要改变的碱基位于引物___和引物___上
⑥引物b和引物c之间有什么关系？__________________________________
⑦PCR3中突变产物AD的扩增需要引物___
和引物___
4
a
b
c
d
b
c
引物b和引物c应有部分碱基互补的关系
a
d
不需要，但需要耐高温的DNA聚合酶
该过程需要三种引物，第一轮PCR利用突变上游引物和常规下游引物进行扩增；第二轮PCR利用第一轮扩增产物中的一条链作为下游大引物，与常规上游引物一起扩增得到完整的含有突变位点的DNA片段。
补充：基因的定点突变技术2------大引物PCR技术
补充：基因的定点突变技术3------突变质粒
质粒突变的原理：即通过设计引物，并利用 PCR将模板扩增出来，待突变的质粒通常来源于大肠杆菌等细菌，在细菌中会被甲基化修饰，而在体外通过 PCR 扩增得到的质粒不会被甲基化。
这样用甲基化酶 DpnI 酶处理，可以消化掉待突变的质粒模板，而使通过 PCR 扩增出来的含有突变位点的质粒被选择性地保留下来。
（1）研发出速效胰岛素类似物药物
四、蛋白质工程的应用
1. 医药工业方面
天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体，皮下注射后往往要经历逐渐解离为单体的过程，会延缓疗效，通过改造胰岛素基因实现了对相应氨基酸序列的改造，从而有效抑制了胰岛素的聚合。
速效胰岛素
天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体，皮下注射后往往需要经历逐渐解离为单体的过程。
六聚体
二聚体
单体
人胰岛素由A、B两个肽链构成，A链有21个氨基酸，B链有30个氨基酸，共51个氨基酸组成。A-B链之间有两处二硫键相连，分子量为5700。
研究人员发现，人胰岛素B链的第20~29 位氨基酸是胰岛素分子相互作用形成多聚体的关键区域。
科学家通过改造胰岛素基因使B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了胰岛素的聚合。
B20
B29
B28
天然胰岛素易形成二聚体或六聚体
预期结构
改造
B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置
新胰岛素基因
转录
mRNA
折叠
预期功能
行使功能
降低胰岛素的聚合作用
设计结构
改变B链第20～29位氨基酸组成
推测序列
翻译
多肽链
有效抑制胰岛素的聚合
（1）研发出速效胰岛素类似物药物
四、蛋白质工程的应用
1. 医药工业方面
将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在一定条件下，可以延长保存时间，解决了干扰素体外保存困难的问题。
（2）延长干扰素体外保存时间
四、蛋白质工程的应用
1. 医药工业方面
天然干扰素
（体外保存困难）
改造后的干扰素
（-70℃可保存半年）
半胱氨酸
丝氨酸
天然干扰素不易保存
预期结构
改造
一个半胱氨酸变成丝氨酸
新干扰素基因
转录
mRNA
折叠
预期功能
行使功能
延长保存时间
设计结构
氨基酸替换
推测序列
翻译
多肽链
在-70℃下可以保存半年
（2）延长干扰素体外保存时间
将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，使其在－70 ℃的条件下可以保存半年，解决了干扰素体外保存困难的问题。
（3）降低人对小鼠单克隆抗体的免疫反应
四、蛋白质工程的应用
1. 医药工业方面
医疗问题：小鼠单克隆抗体会使人体产生免疫反应，从而导致治疗效果大大降低。
解决办法：科学家通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。
科学家将小鼠抗体上结合抗原的区域（即可变区）“嫁接”到人的抗体（即恒定区）上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。
鼠抗体
人抗体
恒定区
恒定区
可变区
可变区
嵌合抗体
对人体的不良反应降低
科学家通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域（即可变区）“嫁接”到人的抗体（即恒定区）上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减低很多。
（3）降低人对小鼠单克隆抗体的免疫反应
四、蛋白质工程的应用
1. 医药工业方面
抗体的基本结构是一个Y型的四肽链，由完全相同的两条重链（Heavy chain，H链）和相同的两条轻链 （Light chain，L链）组成。重链和轻链是根据它们分子量大小来命名的，其相对分子质量分别约为 50-75 kDa 和 25 kDa。在结构上，重链和重链之间、重链和轻链之间以二硫键相连，结合成一个轻重链配对的对称分子。
拓展：抗体的结构——重链和轻链
轻链
重链
二硫键
拓展：抗体的结构——可变区和恒定区
抗体氨基端（N端）约110个氨基酸序列变化很大，称为可变区（Variable region，V区），而羧基端（C端）则相对稳定，变化很小，称为恒定区（Constant region，C区）。
可变区
恒定区
N端
C端
可变区（V区）主要功能是特异性结合抗原，决定抗体识别的特异性，发挥阻断病原入侵作用；恒定区（C区）则在V区与特异性抗原结合后，通过激活补体及与靶细胞表面Fc受体结合后，发挥生理作用。
拓展：抗体的结构——可变区和恒定区
拓展：抗体的结构——可变区和恒定区
补体是一种血清蛋白质，存在于人和脊椎动物血清及组织液中，不耐热，活化后具有酶活性、可介导免疫应答和炎症反应。可被抗原-抗体复合物或微生物所激活，导致病原微生物裂解或被吞噬。
补体激活，表示的是补体由无活性形式转变为活性形式的过程。
拓展：抗体的结构——可变区和恒定区
Fc受体为对免疫球蛋白Fc部分c末端的受体。免疫球蛋白与抗原结合后，抗体的Fc段变构，与细胞膜上的Fc受体结合，产生各种生物效应，抗原-抗体复合物对细胞的作用都是通过Fc受体的介导，因此Fc受体在免疫功能及其调节中具有非常重要的作用。
（1）枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，常被用于洗涤剂工业，丝绸工业等，利用蛋白质工程获得的该酶的突变体，筛选出一些符合工业化生产需求的突变体，提高这种酶的使用价值。
四、蛋白质工程的应用
2. 其他工业方面：广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。
枯草杆菌
（2）T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但是它在温度较高时容易失去活性。
四、蛋白质工程的应用
2. 其他工业方面：广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。
科学家对影响T4溶菌酶耐热性的相关基因进行改造，使T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸。于是，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。
T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸。于是，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。
四、蛋白质工程的应用
3. 农业方面
（1）科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。
四、蛋白质工程的应用
3. 农业方面
（2）科学家利用蛋白质工程的思路设计优良微生物农药，通过改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。
伊维菌素是由土壤中发现的一种新型链霉菌提取出了一种名为阿维菌素的抗生素，经过多年的不断改造获得的，伊维菌素是新型的广谱、高效、低毒抗动物寄生虫病兽药。
五、蛋白质工程难度很大的原因
蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。
由计算机建立的血红蛋白三维结构模型
基因工程 蛋白质工程
操作场所 生物体外
操作对象 基因
操作水平 DNA分子水平
操作起点 目的基因 预期的蛋白质功能
基本过程 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列→改造的蛋白质
实质 转基因并异体表达 改造或合成基因
结果 生产自然界已存在的蛋白质 可生产自然界不存在的蛋白质
联系 ①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程； ②蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程的基本操作。
六、基因工程与蛋白质工程的比较
是否合成新的基因
蛋白质工程
是否对原有基因进行改造
是
否
是
否
蛋白质工程
基因工程
看蛋白质
看基因
是否为天然蛋白质
是
否
蛋白质工程
基因工程
六、基因工程与蛋白质工程的比较
思考：如何判断一个操作过程是基因工程技术还是蛋白质工程技术？
1. 蛋白质工程可以说是基因工程的延伸。判断下列相关表述是否正确。
（1）基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要对基因进行操作。 （ ）
（2）蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列。 （ ）
（3）蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性。 （ ）
×
×
√
练习与应用（P96）
一、概念检测
2. 蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是 （ ）
A. 分析蛋白质的三维结构
B. 研究蛋白质的氨基酸组成
C. 获取编码蛋白质的基因序列信息
D. 改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求
D
练习与应用（P96）
一、概念检测
3. 水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第 47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。在这 项替换研究中，目前可行的直接操作对象是（ ）
A. 基因 B. 氨基酸 C. 多肽链 D. 蛋白质
A
练习与应用（P96）
一、概念检测
T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但是它在温度较高时容易失去活性。为了提高T4溶菌酶的耐热性，科学家首先对影响T4溶菌酶耐热性的一些重要结构进行了研究。然后以此为依据对相关基因进行改造，使T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸。于是，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，T4溶菌酶的耐热性得到了提高。这项工作属于什么工程的范畴？在该实例中引起T4溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是什么？如果要将该研究成果应用到生产实践，还需要做哪些方面的工作？
这项工作属于蛋白质工程的范畴。引起T4溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是基因的碱基序列发生了变化。如果要将改造后的T4溶菌酶应用于生产实践，还有很多工作需要做。例如由于改造后酶的空间结构发生了变化，因此它的一些基本特性需要重新明确，包括它能耐受的温度范围、催化反应的最适温度、酶活力的大小等；需要建立规模化生产该酶的技术体系，评估生产成本等。
二、拓展应用
练习与应用（P96）
1. 某动物体内含有研究者感兴趣的目的基因，研究者欲将该基因导入大肠杆菌的质粒中保存。该质粒含有氨苄青霉素抗性基因（AmpR）、LacZ基因及一些酶切位点，其结构和简单的操作步骤如图所示。
注: LacZ 基因编码产生的β-半乳糖苷酶可以分解X - gal产生蓝色物质，使菌落呈现蓝色；否则菌落为白色。
复习与提高（P98）
复习与提高
请根据以上信息回答下列问题。
（1）在第②步中，应怎样选择限制酶？
应选择用相同的限制酶或切割能产生相同末端的限制酶切割质粒和含有目的基因的DNA片段，并且注意限制酶的切割位点不能位于目的基因的内部，以防破坏目的基因，限制酶也不能破坏质粒的启动子、终止子、标记基因、复制原点等结构。
复习与提高
请根据以上信息回答下列问题。
（2）在第③步中，为了使质粒DNA与目的基因能连接，还需要在混合物中加入哪种物质？
加入DNA连接酶
请根据以上信息回答下列问题。
（3）选用含有AmpR和LacZ基因的质粒进行实验有哪些优势？
复习与提高
该质粒便于进行双重筛选。标记基因AmpR基因可用于检测质粒是否导入了大肠杆菌里，一般只有导入了质粒的大肠杆菌才能在添加了青霉素的培养基上生长。
由于LacZ基因的效应，这些生长的菌落可能出现两种颜色：含有空质粒（没有连接目的基因的质粒）的大肠杆菌菌落呈蓝色；含有重组质粒的大肠杆菌菌落呈白色。
请根据以上信息回答下列问题。
（4）含有重组质粒的大肠杆菌菌落将呈现什么颜色？为什么？
复习与提高
含有重组质粒的大肠杆菌菌落呈白色。
因为目的基因的插入破坏了LacZ基因的结构，使其不能正常表达，形成β-半乳糖苷酶，底物X-gal也就不会被分解。
（2）如何证明iPS细胞的产生不是由于培养基的作用？
复习与提高
逆转录病毒是载体，能将外源基因Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4送入小鼠成纤维细胞。
2. 科学家将Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4基因通过逆转录病毒转入小鼠成纤维细胞中，然后在培养ES细胞的培养基上培养这些细胞。2~3周后，这些细胞显示出ES细胞的形态、具有活跃的分裂能力，它们就是iPS细胞。
（1）在这个实验过程中，逆转录病毒的作用是什么？
可以设置对照组。将转入外源基因和没有转入外源基因的细胞分别培养在相同的培养基中，并确保其他培养条件相同。如果只有转入外源基因的细胞转化成了iPS细胞，就可以证明iPS细胞的产生不是由于培养基的作用。
复习与提高
（3）如果要了解Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4基因在诱导产生iPS细胞时，每个基因作用的相对大小，该如何进行实验？请你给出实验设计的思路。
可以依次去掉1个基因，将其他3个基因转入小鼠成纤维细胞中，然后通过与转入4个基因的小鼠成纤维细胞的诱导情况进行比较，来推测缺失的那个基因对诱导产生iPS细胞的影响，进而判断每个基因作用的相对大小。
（4）若将病人的皮肤成纤维细胞诱导成iPS细胞，再使它转化为需要的细胞，用这些细胞给该病人治病，这是否会引起免疫排斥反应？为什么？ iPS 细胞具有分裂活性，用它进行治疗时可能存在什么风险？
不会引起免疫排斥反应，因为在诱导转化的过程中细胞的遗传物质没有发生变化，理论上产生的还是“自体”细胞。
iPS细胞有分化为各种细胞的潜能，因此存在分化成肿瘤细胞的风险。
复习与提高
3. 水稻根部一般没有根瘤菌，在种植时常需要施加氮肥。科学家想利用基因工程技术来减少施用氮肥的生产成本及可能造成的环境污染，提出了以下两种方案。
方案一 把根瘤菌的固氮相关基因导入水稻根系微生物中，使微生物能在根系处固氮，从而减少氮肥的施用量。
方案二 直接将固氮相关基因导入水稻细胞中，建立水稻的“小型化肥厂”，让水稻直接固氮，这样就可以免施氮肥了。
请评估这两种方案哪种更容易实现。
从亲缘关系的远近来看，固氮相关基因可能更容易在水稻根系微生物中稳定存在和表达，进而使其具有固氮的能力。
本章结束！

展开更多......

收起↑