3.พันธุศาสตร์และเทคโนฯDNA

พนั ธุศาสตร์และเทคโนโลยี DNA

วิชาชึววิทยา ว30242
นางปวญั ญา นาคะวงศ์ โรงเรยี นพทุ ไธสง

สพม. 32

ผลการเรียนรู้

1. อธิบายความกา้ วหนา้ ของเทคโนโลยชี ีวภาพที่ใชใ้ นการขยายพนั ธุ์และ ปรับปรุงพนั ธุ์
เพอ่ื เพิม่ ผลผลิตของสตั วไ์ ด้

2. ยกตวั อยา่ งการใชป้ ระโยชน์และผลการใชเ้ ทคโนโลยชี ีวภาพในดา้ น การเกษตร
อุตสาหกรรม อาหาร และการแพทยไ์ ด้

3. อธิบายความหมายของพนั ธุวศิ วกรรมได้ บอกประโยชน์ของ สิ่งมีชีวติ ท่ีไดจ้ ากการ
เปล่ียนถ่ายหน่วยพนั ธุกรรม (GMOs) ได้

4. อธิบายความหมายและตวั อยา่ งการโคลนได้
5. ใชห้ ลกั การของเทคนิคเจลอิเลก็ โทรโฟรีซีส พซี ีอาร์ และสมบตั ิของ เอนไซมต์ ดั จาเพาะ

เพ่อื พสิ ูจนบ์ ุคคลได้

เทคโนโลยชี ีวภาพ (Biotechnology)

เทคโนโลยกี ารหมกั เทคโนโลยกี ารผสมเทียม

เทคโนโลยหี ลงั การเกบ็ เกย่ี ว

ปลาร้า การปรับปรุงพนั ธ์ุพชื
เบยี ร์ การถ่ายฝากตัวอ่อน

เทคโนโลยชี ีวภาพ Biotechnology

1. พนั ธุวศิ วกรรม (Genetic engineering)
2. การโคลนยนี (Gene Cloning)
3. การวเิ คราะห์ DNA และการศึกษาจโี นม
4. การประยกุ ต์ใช้เทคโนโลยขี อง DNA

เทคโนโลยดี เี อน็ เอ (DNA technology)

เทคนิคการสร้าง

DNA ลกู ผสม หรือ
recombinant DNA

พนั ธุวศิ วกรรม (genetic engineering)

พนั ธุวศิ วกรรม (genetic engineering)

Recombinant DNA
: โมเลกลุ ของ DNA ทไ่ี ดจ้ ากการตดั และตอ่
ชน้ิ สว่ น DNA จากสง่ิ มชี วี ติ สายพนั ธหุ์ นงึ่ ไปสู่
สง่ิ มชี วี ติ อกี สายพนั ธหุ์ นง่ึ เขา้ ดว้ ยกนั ในหลอดทดลอง
(transformation)
ตวั อยา่ ง
: recombinant vaccine, transgenic plant

ปจั จยั ทใี่ ชใ้ นการสรา้ ง DNA สายผสม

1. เอนไซมต์ ดั จาเพาะ (restriction enzyme)
ตดั สาย DNA บรเิ วณทมี่ ลี าดบั เบสจาเพาะ

บริเวณทถี่ ูกตดั มกี ารเรียงลาดบั เบส จาก 5’ ไป 3’ เหมือนกนั

5'--GGATCC--3'
3'--CCTAGG--5'

ปลายเหนียว ปลายทู่
(sticky end) (blunt end)

2. เอนไซม์ DNA ไลเกส (DNA ligase enzyme)
เชอื่ มสาย DNA บรเิ วณทถ่ี กู ตดั

Hamilton O. Smith (2011) (Photo: Jane Gitschier)

Born August 23, 1931 (age 83)

Nationality United States
Fields Microbiology
Alma mater
University of California,
Berkeley, BA
Johns Hopkins School of
Medicine, MD

Known for restriction enzymes
Notable awards
Nobel Prize in Physiology
or Medicine in 1978

Hamilton O. Smith ผคู้ น้ พบเอนไซมต์ ดั จาเพาะ
(restriction enzyme)

http://en.wikipedia.org/wiki/Hamilton_O._Smith#mediaviewer/
File:Hamilton_Smith,_2.jpg

E. coli bacteria under an electron microscope โพรคาริโอต มีสารพนั ธุกรรมเป็น DNA
เป็นเกลียวคปู่ ลายปิ ด มีลักษณะเป็ นวง

(circular DNA ) นอกจากนีย้ งั มี DNA
ขนาดเลก็ เรียก พลาสมดิ (plasmid) เป็น
extrachromosomal DNA ที่อยภู่ ายใน
เซลล์ สามารถเพม่ิ จานวนได้โดยไมข่ นึ ้ กบั การเกิด

replication ของ chromosomal DNA
นอกจากนี ้พลาสมดิ ยงั สามารถถกู แยกและใสก่ ลบั

เข้าสเู่ ซลล์เจ้าบ้าน (host cell) ได้โดยไมย่ ากนกั
ประกอบด้วยเบสประมาณ 100 กิโลเบส

(kilobase) มกั ประกอบด้วยยีนท่ตี ้านยา

ปฏชิ ีวนะ และยีนผลติ สารพษิ (ปัจจุบันพฒั นา

ให้เหลือ3-4 กโิ ลเบส)

http://www.foxnews.com/images/339466/4_61_bacteria_e_coli.jpg
http://biology.kenyon.edu/courses/biol114/Chap01/bact-chrom.jpg

http://cdn.physorg.com/newman/gfx/news/hires/20
09/dnapatternso.jpg

http://www.transtutors.com/Uploadfile/CMS_Images/12500_
RECOMBINANT%20DNA.JPG

http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/dna/oldnalanguage.html

การเพม่ิ จานวน DNA
สายผสม

(DNA cloning or
gene cloning)

1.
เพม่ิ จานวน
โดยอาศยั พลาสมดิ
ของแบคทเี รยี

http://www.accessexcellence.org/RC/
VL/GG/images/PLASMID.gif

http://molecularbioanditsuses.wordpress.com/

หลกั การทา gene cloning ขนั้ พนื้ ฐาน
• เตรยี มชน้ิ DNA ทตี่ อ้ งการเพม่ิ จานวน (chromosomal DNA)

และ DNA พาหะ (vector)
• ตอ่ ชนิ้ DNA ทตี่ อ้ งการโคลนเขา้ ในเวคเตอร์
• ใส่ recombinant DNA ทไี่ ดเ้ ขา้ host cell
• เกดิ การเพมิ่ จานวนของ host cell เพอ่ื ให ้ recombinant DNA

เพม่ิ จานวนดว้ ย
• กลมุ่ ของ host cell ทม่ี พี นั ธกุ รรมเหมอื นกนั เรยี กวา่ clone

และกลา่ วไดว้ า่ ยนี ทสี่ นใจถกู โคลนแลว้

สรา้ ง DNA สายผสม

โคลน DNA สายผสม
โดยอาศยั พลาสมดิ

http://www.sleepingdogstudios.com/Network/Biolo
gy/Bio_11.1_files/slide0004_image009.jpg

เช่น การใส่ยนี สร้างฮอร์โมนอนิ ซูลินเข้าไปในแบคทเี รียหรือยีสต์
เพ่ือให้ผลติ สารดังกล่าว ซ่ึงสามารถนามาสกดั บริสุทธ์ิเพ่ือใช้รักษา
ผู้ป่ วยโรคเบาหวาน

ส่ิงมีชีวติ ทไ่ี ด้จากกระบวนการเคลอื่ นย้ายยนี เรียกวา่ ส่ิงมีชีวติ เคลอื่ นย้ายยนี
(transgenic organisms)

เรียกส่ิงมีชีวติ เคลื่อนยา้ ยยนี วา่ เป็น ส่ิงมีชีวติ ดดั แปลงพนั ธุกรรม
หรือ ส่ิงมีชีวติ ดดั แปรพนั ธุกรรม

LMO (living modified organism)
(หรือ GMOs, genetically modified organims หรือ

GEOs, genetically engineered organims )

2. เพม่ิ จานวน DNA สายผสมในหลอดทดลอง
โดยเทคนคิ PCR

Polymerase Chain Reaction, PCR

อาศัยเคร่ืองมอื เทอร์มอไซเคลอร์
(thermocycler หรือ
PCR machine) ซ่งึ สามารถ
ควบคุมอุณหภมู ิได้ตามขัน้ ตอน
ท่ตี งั้ ไว้

ปัจจยั ในการทาพซี ีอาร์ 1. DNA แม่แบบ (DNA Template)

2. DNA polymerase ชนิดพเิ ศษ ท่ีสามารถทนความร้อนได้สูง โดยสกัดจาก
แบคทีเรีย (Thermus aquaticus) สามารถทนความร้อนได้ดีและอาศัยใน
นา้ พุร้อน

3. ไพรเมอร์ (DNA primer) เป็ น DNA สายสัน้ ๆ ท่มี ีลาดบั เบสเป็ นคู่สม

กับ DNA แม่แบบ ซ่งึ จะเข้าคู่กับด้าน 3' ของ DNA แม่แบบ โดยไพรเมอร์

ทาหน้าท่เี ป็ นจุดเร่ิมต้นในการ สังเคราะห์ DNA สายใหม่

4. นิวคลีโอไทด์ ทงั้ 4 ชนิด (A T C และ G) ของ DNA

Polymerase Chain Reaction (PCR)

http://petridishtalk.com/2010/12/05/the-polymerase-chain-reaction-a-microcosm/

ขน้ั ตอนปฏกิ ริ ยิ า PCR มี 3 ขน้ั ตอน ดงั น้ี

1. denaturing เป็ นการทาให ้ DNA เสอ่ื มสภาพ เพอื่ ทจี่ ะ
แยกสาย DNA จากสภาพทเี่ ป็ นเกลยี วคู่ ใหเ้ ป็ นสายเดย่ี ว
โดยใชอ้ ณุ หภมู สิ งู ประมาณ 95 องศาเซลเซยี ส เวลา 30
วนิ าที
2. annealing เป็ นขนั้ ตอนทลี่ ดอณุ หภมู ลิ งประมาณ 55
องศาเซลเซยี ส เวลา 20 วนิ าที เพอื่ ให ้ ้ไ้ พรเมอร์
สามารถจบั กบั DNA แมแ่ บบได้
3. extension เป็ นขนั้ ตอนการสงั เคราะห์ DNA สายใหม่
จากดา้ น 5' ของไพรเมอร์ ไปยงั ดา้ น 3' ไปเรอ่ื ยๆ ตามลาดบั
นวิ คลโี อไทด์ บน DNA แมแ่ บบแตล่ ะสาย อาศยั การทางาน
ของ DNA polymerase ทอ่ี ณุ หภมู ปิ ระมาณ 72 องศา
เซลเซยี สเวลา 20 วนิ าที

I. Single stand; 90-95 0C

III. DNA
polymerase
สงั เคราะห์ DNA สาย
ใหม;่ 72 0C
II. Primer จบั กบั DNA template
(complementary); 45-55 0C

PCR

- เป็ นการสร้าง DNA ขนึ้ เองได้ภายในหลอดทดลอง
(in vitro) โดยไม่ต้องอาศัยเซลล์ของส่งิ มชี ีวติ
- เป็ นเทคนิคท่ใี ช้ในการเพ่มิ ปริมาณชนิ้ ส่วนของ DNA
โดยมีการทาปฏกิ ริ ิยาอย่างต่อเน่ืองกนั เป็ นลูกโซ่
- ทาให้ได้ DNA สายใหม่เพ่มิ ขนึ้ เป็ นล้านเท่า
- ตรวจสอบ DNA จากท่มี ปี ริมาณน้อย เช่น คราบเลือด อสุจิ
เนือ้ เย่อื เซลล์เอ็มบริโอ ซากแมมมอธ

เทคนิคพีซีอาร์ ทาให้เกิดการพัฒนาการศึกษาทางด้าน
พนั ธุศาสตร์ ผู้ท่คี ้นพบคอื แครี มุลลิส (Kary Mullis) ซ่งึ ได้รับ
รางวัล Nobel Prize สาขาเคมี ในปี ค.ศ. 1993

การวเิ คราะห์ DNA และ
การศกึ ษาจโี นม

1. การวเิ คราะห์ DNA การหาลาดบั เบสบน
(DNA analysis) DNA

ทโ่ี คลนได้

เจลอเิ ล็กโทรโฟรซิ สิ การแยกโมเลกลุ DNAทม่ี ี
(gel electrophoresis) ขนาดประจแุ ละรปู รา่ ง
ตา่ งกนั ในสนามไฟฟ้ า
เรยี ก ผา่ นตวั กลางแผน่ วนุ้

หลกั การเจลอเิ ล็กโทรโฟรซิ สิ
โมเลกลุ DNA มปี ระจเุ ป็ น -

DNAทท่ี ราบขนาด เคลอื่ นทเี่ ขา้ หาขว้ั +
(marker) DNA ขนาดโมเลกลุ ใหญ่
เคลอื่ นทไ่ี ดช้ า้ ขนาดเล็ก
เปรยี บเทยี บกบั

การแยกขนาด DNA ดว้ ย
Gel electrophoresis

Agarose gel electrophoresis

http://arbl.cvmbs.colostate.edu/hbooks/genetics/biotech/gels/agardna.html

UV transilluminator

UV light



http://www.thaigoodview.com/node/46543

ลายพมิ พ์ DNA

http://www.redorbit.com/news/science/1582145/dna_fingerprinting_
used_to_predict_surname/

http://www.scq.ubc.ca/a-brief-tour-of-dna-fingerprinting/

http://molecularbioanditsuses.wordpress.com/

2. การศกึ ษาจโี นม (genome)
สารพนั ธุกรรมทงั้ หมดของโครโมโซม 1 ชดุ

ขา้ ว human genome project
(autosome 22 แทง่ + X + Y)
Oryza sativa L.
เรม่ิ 2533
ไทยศกึ ษา
โครโมโซมคทู่ ี่ 9 อน่ื ๆ เชน่

E. Coli ยสี ต์ แมลงหว่ี

ผกั ลนิ้ ปี่

(Arabidopsis thaliana L.

ประกาศปี 2542)

International Rice Genome Sequencing Project

http://www.patentlens.net/daisy/RiceGenome/2738.html

* การประยุกต์ใช้เทคโนโลยขี อง DNA

ทางการแพทยแ์ ละเภสชั กรรม
การวนิ จิ ฉัยการตดิ เชอื้ HIV

การรักษาดว้ ยยนี บาบดั (gene therapy)
การสรา้ งผลติ ภณั ฑท์ างเภสชั กรรม

(สว่ นใหญผ่ ลติ โปรตนี เชน่ อนิ ซลู นิ โกรทฮอรโ์ มน)
อตุ สาหกรรมยา วัคซนี เซรมุ่ เอนไซมผ์ สมผงซกั ฟอก

แบคทเี รยี ยอ่ ยสลายคราบน้ามัน

การประยกุ ตใ์ นเชงิ นติ วิ ทิ ยาศาสตร์
ตรวจแถบ DNA (DNA band) หรอื ทเี่ รยี กวา่ ลายพมิ พ์ DNA

(DNA fingerprint) ซง่ึ เป็ นเอกลกั ษณ์ของแตล่ ะบคุ คล

การประยกุ ตใ์ ชใ้ นเชงิ การเกษตร

สตั วท์ ไี่ ดร้ บั การดดั แปลงพนั ธกุ รรม Transgenic animal

การหายนี ทาให ้ หมไู ขมนั ตา่ ววั ใหน้ มมาก ไกพ่ ันธตุ์ า้ นไวรัส ฯลฯ

การทา Transgenic animal

แยกเซลล์ไข่ออกจากตวั เมีย

ถ่ายฝากเข้าตวั แม่ผู้รับ ฉีดยนี ท่ตี ้องการเข้าไปในนิวเคลียสไข่
(microinjection)

ผสมเซลล์ไข่กับสเปิ ร์ม ในหลอด
ทดลอง(in vitro fertilization)

Transgenic animal

first transgenic primates

หนูและลิงท่มี ี
ยีนสร้ างสาร
ฟลูออเรสเซนต์
ท่ผี ิวหนัง

http://images.nationalgeographic.com/wpf/media-
live/photos/000/118/cache/rats-mice-glowing-
animals_11838_600x450.jpg

breeding monkeys with a gene that made the animals’ skin
glow a fluorescent green

http://www.impactlab.net/2009/05/28/japanese-scientists-create-worlds-first-trangenic-primates/

Transgenic plant

การหายนี ทาให ้ พชื ตา้ นทานแมลง สรา้ งสารพษิ จากแบคทเี รยี

Bacillus thuringiensis (bt toxic) เชน่ ฝ้ายขา้ วโพด มนั ฝร่ังบที ี

การสรา้ งพชื ทมี่ คี ณุ คา่ ทางอาหารดขี นึ้ เชน่ เพม่ิ วติ ามนิ เอ ในขา้ ว

(ขา้ วสที อง โดยนายนี จาก daffodils และ แบคทเี รยี Erwinia breteria )

การสรา้ งพชื ตา้ นโรค ตา้ นสารปราบวชั พชื ยดื อายผุ ลผลติ ปรับพันธุ์
โดย โมเลกลู าร์ บรดี ดงิ เชน่ มะละกอตา้ นโรคใบดา่ งจดุ วงแหวน
มนั ฝร่ัง ยาสบู ตา้ นไวรัส

Transgenic plants
ขา้ วสที อง

Transgenic plant Tomato nutrition and innovation
ชนิดแรกของโลก
Products in the pipeline

Minimato Summer Sun Intense™ tomato Sun Black, Italy

Nirit Seeds “$350,000 /kg” Nunhems Netherlands BV Purple tomatoes
Israel Hazera Genetics &
John Inn Center, UK
Hebrew Univ.
Israel Salt Tolerant Tomato

Ramapo Tomaberry experimental varieties
currently undergoing field
Rutgers Univ., USA Tokita seed Japan trials in target locations
worldwide…
Tomaraisin Evogene and Zeraim
Gedera…Israel
Tomaisins Int. LTD, Israel

Plant Breeding Research Center for Sustainable Agriculture, Khon Kaen University, Thailand 40002

Nunhems Netherlands BV

Nunhems Intense™ tomato

Beef tomato with full, firm flesh…for salads & the fresh-cut sector.
• very dense structure
• no juice is lost when the fruit is cut

Source: http://www.intensetomatoes.com/

1. High yield, little waste 3. Oval shape

2. Long storability

4. Small scar

5. Internal red color 6. No white core 7. Highly versatile

8. Solid structure, 9. Creating new opportunities
EXTRA firm

Source: http://www.intensetomatoes.com/ 10. Taste

Fruit Logistica Innovation Award 2008

Tomaberry…

ผลงานการปรบั ปรงุ พนั ธขุ์ องบรษิ ทั Tokita ญปี่ ่ นุ

ทมี่ า: http://www.tomatoberry.jp/tbg/index.htm http://item.rakuten.co.jp/mebuki/10000440/ , http://www.tokitaseed.co.jp/

มะเขอื เทศพนั ธุ์ Summer Sun

มะเขอื เทศแพงทสี่ ดุ ในโลก...
เมล็ดพนั ธุ์ $ 350,000/ก.ก.
ผลสด $25/ก.ก.

สเี หลอื งรสหวานมากเหมอื นนา้ ผง้ึ
(honey sweet)
มสี าร beta carotene สงู

Source: http://www.hazera.co.il/english/newsExpansion.asp?NewsID=53 ปรบั ปรงุ พนั ธโุ์ ดยบรษิ ทั Hazera
Genetics กบั คณะเกษตร
มหาวทิ ยาลยั Hebrew อสิ ราเอล

มะเขอื เทศเชอรล่ี กู เกด

•The Lyc-O-Mato brand of self-drying tomatoes
were bred and commercialized by the Israeli
company, Tomaisins International, Ltd.

•Each 1g raisin was seen to contain 1mg of
lycopene, plus other tomato phytonutrients.

•It is recommended to consume 5mg daily, so
eating only five of these tomatoes daily fulfills
dietary recommendations.

มะเขอื เทศพนั ธุ์ Sun Black

จากอติ าลี

ท่ีมา:http://www.labplusinternational.com/en/products/analysers/laboratory-science/self-dried-cherry-tomatoes/index.html

ทม่ี า: http://www.freshplaza.com/news_detail.asp?id=26245>

Ramapo

มะเขอื เทศยอ้ นยคุ ... “ลมหวน” ของสหรฐั อเมรกิ า
พันธรุ์ ับประทานผลสดลกู ผสม
สาหรับสวนครัวหลงั บา้ น
ผลผลติ สงู รสชาตอิ รอ่ ย
ปรับปรงุ มาจากพันธแุ์ ทพ้ ันธเุ์ ดมิ ของ
Rutgers New Jersey Agricultural
Experiment Station ปี 1968
แตส่ ญู หายไป

ทมี่ า:www.njfarmfresh.rutgers.edu/documents/Ramapoorderform.pdf

• Caption: Purple, high anthocyanin tomatoes and red wild-type tomatoes.
• Credit: John Innes Centre, Norwich Bio Science Institutes, UK.
• Usage Restrictions: None
• Related news release: Fried purple tomatoes

• Scientists have expressed genes from snapdragon in tomatoes to grow purple
tomatoes high in health-protecting anthocyanins……………………….



1 23 3
3
Kaye Innovation Awards
Hybrid Peppers Developed at Hebrew University
Achieve Worldwide Sales Success…
$9.5 mil. In 2005

3

Source: 1. http://www.innovations-report.com/html/reports/agricultural_sciences/report-66243.htm
2. http://www.usna.usda.gov/Research/BlackPearl.html
3. http://www.ars.usda.gov/is/AR/archive/sep06/veg0906.htm

Source: 1. http://www.salanova.com
2. http://www.intensetomatoes.com/assets/Multileaf-when-every-leaf-counts-2007.pdf