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苏教版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第二节 基因工程的应用价值教学ppt课件
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这是一份苏教版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第二节 基因工程的应用价值教学ppt课件，共44页。PPT课件主要包含了植物基因工程硕果累累等内容，欢迎下载使用。
积极思维：基因工程有哪些应用价值？
基因工程在农牧业中的应用价值
【资料1】基因工程在农牧业中的应用发展迅速。1996-2017年,全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍，从1.7×106hm²发展到1.898×108hm2（如图）。据2016年世界范围的统计数据表明，转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少了8.2%,作物产量增加了6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元。美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例都超过了90%。2017年，我国转基因作物的种植面积位居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜。
1.转基因生物：利用基因工程技术培育的、能稳定遗传 所决定的性状的生物称为转基因生物。2.植物基因工程硕果累累：植物基因工程在提高农作物的抗除草剂、 、抗病和 能力等方面大显身手。3.动物基因工程显示出诱人的应用前景
1.转基因抗病植物的生产带来效益（1）科学家将番木瓜环斑病毒毒株中的 转入番木瓜细胞内，培育出具有很强抗病性能的转基因品系——“华农1号”。
复制酶基因为病毒的非结构蛋白基因，复制酶是依赖于病毒RNA的RNA聚合酶，特异性地合成病毒RNA。
1.转基因抗病植物的生产带来效益（2）科学家将病毒的复制酶基因和 基因以及 酶基因、植物抗病毒基因导入小麦、甜椒或番茄等作物，获得了抗病的小麦、甜椒或番茄等新品种。
2.转基因抗虫植物（1）科学家已将从苏云金杆菌中分离出来的编码苏云金杆菌 的基因导入棉细胞，培育出了转基因抗虫棉。（2）转基因抗虫水稻、玉米、大豆等品种也培育成功。
3.转基因抗逆植物的培育带来新希望（1）科学家已经将 基因转入番茄细胞，培育出转基因抗冻番茄。（2）科学家已经成功地向某些作物转入一些可以调节细胞 的基因来提高作物的抗盐碱和抗干旱的能力。
4．转基因抗除草剂植物
杂草常常危害农业生产，而大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤作物，导致作物减产。将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。如：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等
【资料2】在转基因动物方面，近些年几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段。2015年11月，第一种用于食用的转基因动物——转基因大西洋鲑（俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。
动物基因工程显示出诱人的应用前景
1.改善畜牧产品的品质（1）ω－3脂肪酸转基因猪①基因：ω－3脂肪酸去饱和酶基因。②成果：培育成可产生较多 的转基因猪。
（2）肠乳糖酶转基因牛
②成果：转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响
（2）提高动物的生长速度①基因： 基因。②成果：转基因绵羊和转基因三文鱼。运用基因工程改良动植物品种的优点：能打破常规育种难以突破的 的界限。
转基因动物的培育过程（以转基因牛培育过程为例）
（1）转入外源生长素基因的转基因动物，生长速度更快（ ）（2）转基因抗虫棉的Bt毒蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌（ ）（3）运用基因工程改良动植物品种，最突出的优点是能打破常规育种难以突破的物种之间的界限（ ）
1.转基因植物和转基因动物的制备，常用的受体细胞分别是什么？
转基因植物：体细胞；转基因动物：受精卵。2.转基因植物和转基因动物的制备用到的技术主要有哪些？ 转基因植物：基因工程、植物组织培养。转基因动物：基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植等。3.从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性。 减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。
1.目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确的是A.苏云金杆菌的Bt毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达B.抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状遗传下去C.标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因D.转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫
2.上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了30多倍，以下与此有关的叙述中，正确的是A.“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物B.“提高基因的表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因C.只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中是纯合的D.转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不能合成人白蛋白
基因工程在食品业中的应用价值
（1）植物品质改良主要包括植物 、糖类、脂肪品质的改良以及维生素 的改良。（2）基因工程在 、助鲜剂、甜味剂等食品添加剂的生产，以及广泛应用于食品制造业的淀粉酶、 、脂肪酶、蛋白酶的大规模生产方面也大显身手。
基因工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。利用基因工程菌除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。
（3）实例：①阿斯巴甜：一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
②凝乳酶：大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。①传统制备方法：杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。②基因工程技术：将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。
③淀粉酶、脂酶：加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
（4）优点：基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。
基因工程在医药业中的应用价值
（1）基因工程药物①利用转基因工程菌生产药物。
（1）常见药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。
（2）应用：可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。
（3）实例：我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等。
干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980—1982年，科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1Kg培养物中可以得到20～40mg干扰素。1993年我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。
转基因微生物的培育过程（以可生产干扰素的酵母菌的培育过程为例）
②利用生物反应器生产药物a.生物反应器的种类：乳腺生物反应器、 生物反应器、（禽类） 生物反应器等。
构建膀胱生物反应器是将目的基因插入其基因组内，从而指导目的基因表达产物分泌在尿中，其原理是根据膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白。膀胱生物反应器具有周期短、不受性别和年龄的限制，易收集和提纯。膀胱生物反应器最显著的优势在于从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。
转基因输卵管生物反应器，采用蛋清蛋白质基因的侧翼特异表达调控序列、启动子和多肽分泌信号序列，构建在禽类输卵管细胞特异性表达外源贵重蛋白质的转基因生物反应器，蛋清蛋白质在输卵管细胞表达、含量比较高、蛋白质修饰质量好。
（1）乳腺生物反应器是让目的基因在受体动物的乳腺细胞中表达;而膀胱生物反应器是让目的基因在受体动物的膀胱上皮细胞中表达。（2）两者都可用于生产药用蛋白，优点是收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤害。（3）膀胱生物反应器最显著的优势在于:可从动物一出生就收集产物，不用考虑动物的性别和是否正处于生殖期，且从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取要更简便、更高效。
乳腺生物反应器和膀胱生物反应器的比较
b.乳腺生物反应器的构建
乳腺生物反应器培育过程
目前，已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。
我国第一头转基因牛——滔滔
（2）基因治疗①概念：是指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法，包括基因诊断、 、 、目的基因导入等多项技术。②类型
（3）用转基因动物作为器官移植的供体
在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官
解决人体移植器官短缺问题；避免免疫排斥反应
乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别（在生产人的药物蛋白方面）
（1）用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性（ ）（2）药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达的原因是药用蛋白基因只存在于乳腺细胞中，其他细胞中没有（ ）（3）在青霉菌体内获取青霉素属于利用基因工程技术制取药物（ ）
1.与大肠杆菌相比，用酵母菌生产的人胰岛素有什么优势？酵母菌为真核生物，可通过内质网和高尔基体对产生的胰岛素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。2.培育乳腺生物反应器转基因动物时为什么要选用乳腺蛋白基因的启动子等调控组件与药用蛋白基因重组在一起？目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
3.与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺作为反应器生产药用蛋白的优势有哪些？（1）动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定。（2）产物直接经乳汁分泌，易提取。
3.从转基因牛、羊乳汁中提取药物工艺简单，甚至可直接用于治病。如果将药用蛋白基因转入动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，从转基因牛、羊尿液中提取药物比从乳汁中提取药物的更大优越性在于A.技术简单B.膀胱上皮细胞容易表达药用蛋白C.膀胱上皮细胞全能性较高D.无论是雌性还是雄性个体，在任何发育时期都可以产生所需药物
4.动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品，其大致过程如图所示。下列有关说法错误的是A.通过③形成的重组质粒具有 人的药用蛋白基因、启动子、 终止子和标记基因即可B.④通常采用显微注射法C.在转基因母牛的乳腺细胞中人的 药用蛋白基因才会得以表达，因 此可以从乳汁中提取药物D.该技术生产药物的优点是产量高、 质量好、易提取
积极思维：基因工程有哪些应用价值？
基因工程在农牧业中的应用价值
【资料1】基因工程在农牧业中的应用发展迅速。1996-2017年,全世界转基因作物的种植面积增加了一百多倍，从1.7×106hm²发展到1.898×108hm2（如图）。据2016年世界范围的统计数据表明，转基因作物的种植使化学杀虫剂施用量减少了8.2%,作物产量增加了6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元。美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例都超过了90%。2017年，我国转基因作物的种植面积位居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜。
1.转基因生物：利用基因工程技术培育的、能稳定遗传 所决定的性状的生物称为转基因生物。2.植物基因工程硕果累累：植物基因工程在提高农作物的抗除草剂、 、抗病和 能力等方面大显身手。3.动物基因工程显示出诱人的应用前景
1.转基因抗病植物的生产带来效益（1）科学家将番木瓜环斑病毒毒株中的 转入番木瓜细胞内，培育出具有很强抗病性能的转基因品系——“华农1号”。
复制酶基因为病毒的非结构蛋白基因，复制酶是依赖于病毒RNA的RNA聚合酶，特异性地合成病毒RNA。
1.转基因抗病植物的生产带来效益（2）科学家将病毒的复制酶基因和 基因以及 酶基因、植物抗病毒基因导入小麦、甜椒或番茄等作物，获得了抗病的小麦、甜椒或番茄等新品种。
2.转基因抗虫植物（1）科学家已将从苏云金杆菌中分离出来的编码苏云金杆菌 的基因导入棉细胞，培育出了转基因抗虫棉。（2）转基因抗虫水稻、玉米、大豆等品种也培育成功。
3.转基因抗逆植物的培育带来新希望（1）科学家已经将 基因转入番茄细胞，培育出转基因抗冻番茄。（2）科学家已经成功地向某些作物转入一些可以调节细胞 的基因来提高作物的抗盐碱和抗干旱的能力。
4．转基因抗除草剂植物
杂草常常危害农业生产，而大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤作物，导致作物减产。将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。如：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等
【资料2】在转基因动物方面，近些年几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段。2015年11月，第一种用于食用的转基因动物——转基因大西洋鲑（俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。
动物基因工程显示出诱人的应用前景
1.改善畜牧产品的品质（1）ω－3脂肪酸转基因猪①基因：ω－3脂肪酸去饱和酶基因。②成果：培育成可产生较多 的转基因猪。
（2）肠乳糖酶转基因牛
②成果：转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响
（2）提高动物的生长速度①基因： 基因。②成果：转基因绵羊和转基因三文鱼。运用基因工程改良动植物品种的优点：能打破常规育种难以突破的 的界限。
转基因动物的培育过程（以转基因牛培育过程为例）
（1）转入外源生长素基因的转基因动物，生长速度更快（ ）（2）转基因抗虫棉的Bt毒蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌（ ）（3）运用基因工程改良动植物品种，最突出的优点是能打破常规育种难以突破的物种之间的界限（ ）
1.转基因植物和转基因动物的制备，常用的受体细胞分别是什么？
转基因植物：体细胞；转基因动物：受精卵。2.转基因植物和转基因动物的制备用到的技术主要有哪些？ 转基因植物：基因工程、植物组织培养。转基因动物：基因工程、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植等。3.从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性。 减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。
1.目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确的是A.苏云金杆菌的Bt毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达B.抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状遗传下去C.标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因D.转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫
2.上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了30多倍，以下与此有关的叙述中，正确的是A.“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物B.“提高基因的表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因C.只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中是纯合的D.转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不能合成人白蛋白
基因工程在食品业中的应用价值
（1）植物品质改良主要包括植物 、糖类、脂肪品质的改良以及维生素 的改良。（2）基因工程在 、助鲜剂、甜味剂等食品添加剂的生产，以及广泛应用于食品制造业的淀粉酶、 、脂肪酶、蛋白酶的大规模生产方面也大显身手。
基因工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。利用基因工程菌除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。
（3）实例：①阿斯巴甜：一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
②凝乳酶：大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。①传统制备方法：杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。②基因工程技术：将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。
③淀粉酶、脂酶：加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
（4）优点：基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。
基因工程在医药业中的应用价值
（1）基因工程药物①利用转基因工程菌生产药物。
（1）常见药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。
（2）应用：可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。
（3）实例：我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等。
干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980—1982年，科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1Kg培养物中可以得到20～40mg干扰素。1993年我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。
转基因微生物的培育过程（以可生产干扰素的酵母菌的培育过程为例）
②利用生物反应器生产药物a.生物反应器的种类：乳腺生物反应器、 生物反应器、（禽类） 生物反应器等。
构建膀胱生物反应器是将目的基因插入其基因组内，从而指导目的基因表达产物分泌在尿中，其原理是根据膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白。膀胱生物反应器具有周期短、不受性别和年龄的限制，易收集和提纯。膀胱生物反应器最显著的优势在于从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。
转基因输卵管生物反应器，采用蛋清蛋白质基因的侧翼特异表达调控序列、启动子和多肽分泌信号序列，构建在禽类输卵管细胞特异性表达外源贵重蛋白质的转基因生物反应器，蛋清蛋白质在输卵管细胞表达、含量比较高、蛋白质修饰质量好。
（1）乳腺生物反应器是让目的基因在受体动物的乳腺细胞中表达;而膀胱生物反应器是让目的基因在受体动物的膀胱上皮细胞中表达。（2）两者都可用于生产药用蛋白，优点是收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤害。（3）膀胱生物反应器最显著的优势在于:可从动物一出生就收集产物，不用考虑动物的性别和是否正处于生殖期，且从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取要更简便、更高效。
乳腺生物反应器和膀胱生物反应器的比较
b.乳腺生物反应器的构建
乳腺生物反应器培育过程
目前，已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。
我国第一头转基因牛——滔滔
（2）基因治疗①概念：是指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法，包括基因诊断、 、 、目的基因导入等多项技术。②类型
（3）用转基因动物作为器官移植的供体
在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官
解决人体移植器官短缺问题；避免免疫排斥反应
乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别（在生产人的药物蛋白方面）
（1）用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性（ ）（2）药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达的原因是药用蛋白基因只存在于乳腺细胞中，其他细胞中没有（ ）（3）在青霉菌体内获取青霉素属于利用基因工程技术制取药物（ ）
1.与大肠杆菌相比，用酵母菌生产的人胰岛素有什么优势？酵母菌为真核生物，可通过内质网和高尔基体对产生的胰岛素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。2.培育乳腺生物反应器转基因动物时为什么要选用乳腺蛋白基因的启动子等调控组件与药用蛋白基因重组在一起？目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
3.与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺作为反应器生产药用蛋白的优势有哪些？（1）动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定。（2）产物直接经乳汁分泌，易提取。
3.从转基因牛、羊乳汁中提取药物工艺简单，甚至可直接用于治病。如果将药用蛋白基因转入动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，从转基因牛、羊尿液中提取药物比从乳汁中提取药物的更大优越性在于A.技术简单B.膀胱上皮细胞容易表达药用蛋白C.膀胱上皮细胞全能性较高D.无论是雌性还是雄性个体，在任何发育时期都可以产生所需药物
4.动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品，其大致过程如图所示。下列有关说法错误的是A.通过③形成的重组质粒具有 人的药用蛋白基因、启动子、 终止子和标记基因即可B.④通常采用显微注射法C.在转基因母牛的乳腺细胞中人的 药用蛋白基因才会得以表达，因 此可以从乳汁中提取药物D.该技术生产药物的优点是产量高、 质量好、易提取
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