轉(zhuǎn)基因植物詳解PPT課件

1、轉(zhuǎn)基因植物 將外源基因?qū)胫参锛?xì)胞，經(jīng)組織培養(yǎng)，將外源基因?qū)胫参锛?xì)胞，經(jīng)組織培養(yǎng)，獲得能夠表達(dá)外源基因的植物稱為轉(zhuǎn)基因植物。獲得能夠表達(dá)外源基因的植物稱為轉(zhuǎn)基因植物。 抗蟲抗蟲 抗病抗病 抗逆抗逆 生產(chǎn)藥物生產(chǎn)藥物第1頁/共48頁 由中國(guó)農(nóng)科院開發(fā)的由中國(guó)農(nóng)科院開發(fā)的BtBt棉對(duì)棉鈴蟲有顯著的抗性，與對(duì)棉對(duì)棉鈴蟲有顯著的抗性，與對(duì)照相比減少農(nóng)藥用量照相比減少農(nóng)藥用量8080。第2頁/共48頁中國(guó)中國(guó)黃金大米黃金大米事件事件第3頁/共48頁不會(huì)引起過敏的大豆不會(huì)引起過敏的大豆 第4頁/共48頁彩色玉米彩色玉米第5頁/共48頁基因工程基因工程總體技術(shù)路線總體技術(shù)路線第6頁/共48頁1983198

2、3年，轉(zhuǎn)基因年，轉(zhuǎn)基因煙草煙草問世問世 -世界上第一例轉(zhuǎn)基因世界上第一例轉(zhuǎn)基因植物。植物。19871987年，轉(zhuǎn)基因年，轉(zhuǎn)基因油菜、棉花油菜、棉花產(chǎn)生產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因水稻、水稻、玉米玉米、小麥小麥、甘薯等陸續(xù)出現(xiàn)。、甘薯等陸續(xù)出現(xiàn)。n 轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化：遍布轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化：遍布6 6大洲大洲n 預(yù)測(cè)：預(yù)測(cè)：20202020年世界上年世界上8080-90-90的農(nóng)作物將是轉(zhuǎn)基的農(nóng)作物將是轉(zhuǎn)基因植物因植物轉(zhuǎn)基因植物研究發(fā)展第7頁/共48頁 受體材料的選擇受體材料的選擇 受體是指用于接受外源受體是指用于接受外源DNADNA的轉(zhuǎn)化材料。良好的植的轉(zhuǎn)化材料。良好的植物基因轉(zhuǎn)化受體系統(tǒng)應(yīng)滿足如下條件：物

3、基因轉(zhuǎn)化受體系統(tǒng)應(yīng)滿足如下條件：1 1、高效穩(wěn)定的再生能力；、高效穩(wěn)定的再生能力；2 2、受體材料要有較高的遺傳穩(wěn)定性；、受體材料要有較高的遺傳穩(wěn)定性；3 3、外植體來源方便，如胚和其它器官等；、外植體來源方便，如胚和其它器官等；4 4、對(duì)篩選劑敏感；、對(duì)篩選劑敏感；5 5、轉(zhuǎn)化率高、轉(zhuǎn)化率高。第8頁/共48頁常用的受體材料有以下幾大類型常用的受體材料有以下幾大類型: :1.1.愈傷組織再生系統(tǒng)愈傷組織再生系統(tǒng)外植體材料經(jīng)過脫分化培養(yǎng)誘導(dǎo)形成愈傷組織，轉(zhuǎn)外植體材料經(jīng)過脫分化培養(yǎng)誘導(dǎo)形成愈傷組織，轉(zhuǎn)化（帶有目的基因質(zhì)粒的農(nóng)桿菌侵染），分化培養(yǎng)化（帶有目的基因質(zhì)粒的農(nóng)桿菌侵染），分化培養(yǎng)獲得再生植

4、株。獲得再生植株。優(yōu)點(diǎn)：外植體來源廣，繁殖快，易接受外源基因，優(yōu)點(diǎn)：外植體來源廣，繁殖快，易接受外源基因，轉(zhuǎn)化效率高。轉(zhuǎn)化效率高。缺點(diǎn)：遺傳穩(wěn)定性差、嵌合體，因此需要連續(xù)的再缺點(diǎn)：遺傳穩(wěn)定性差、嵌合體，因此需要連續(xù)的再生系統(tǒng)。生系統(tǒng)。第9頁/共48頁2.2.直接分化再生系統(tǒng)直接分化再生系統(tǒng) 外植體細(xì)胞不經(jīng)過脫分化形成愈傷組織階段，而是直外植體細(xì)胞不經(jīng)過脫分化形成愈傷組織階段，而是直接分化出不定芽形成再生植株。接分化出不定芽形成再生植株。優(yōu)點(diǎn)：周期短、操作簡(jiǎn)單，體細(xì)胞變異小，遺傳穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)：周期短、操作簡(jiǎn)單，體細(xì)胞變異小，遺傳穩(wěn)定缺點(diǎn)：材料局限，轉(zhuǎn)化率低。缺點(diǎn)：材料局限，轉(zhuǎn)化率低。3.3.原生質(zhì)體

5、再生系統(tǒng)原生質(zhì)體再生系統(tǒng)原生質(zhì)體恢復(fù)細(xì)胞壁具有分化再生能力，是應(yīng)用最早原生質(zhì)體恢復(fù)細(xì)胞壁具有分化再生能力，是應(yīng)用最早的再生受體系統(tǒng)之一。的再生受體系統(tǒng)之一。優(yōu)點(diǎn)：高效、廣泛地?cái)z取外源優(yōu)點(diǎn)：高效、廣泛地?cái)z取外源DNADNA或遺傳物質(zhì)，獲得或遺傳物質(zhì)，獲得基因型一致的克隆細(xì)胞，所獲轉(zhuǎn)基因植株嵌合體少，基因型一致的克隆細(xì)胞，所獲轉(zhuǎn)基因植株嵌合體少，適用于多種轉(zhuǎn)化系統(tǒng)；適用于多種轉(zhuǎn)化系統(tǒng)；缺點(diǎn)：不易制備、再生困難和變異程度高。缺點(diǎn)：不易制備、再生困難和變異程度高。第10頁/共48頁4.4.胚狀體再生系統(tǒng)胚狀體再生系統(tǒng)是指具有胚胎性質(zhì)的個(gè)體。是指具有胚胎性質(zhì)的個(gè)體。優(yōu)點(diǎn)：個(gè)體數(shù)目巨大、同質(zhì)性好，接受外源

6、基因能力優(yōu)點(diǎn)：個(gè)體數(shù)目巨大、同質(zhì)性好，接受外源基因能力強(qiáng)，嵌合體少，易于培養(yǎng)、再生。強(qiáng)，嵌合體少，易于培養(yǎng)、再生。缺點(diǎn)：技術(shù)含量高，多數(shù)植物不易獲得胚狀體。缺點(diǎn)：技術(shù)含量高，多數(shù)植物不易獲得胚狀體。5.5.生殖細(xì)胞受體系統(tǒng)生殖細(xì)胞受體系統(tǒng)以生殖細(xì)胞如花粉粒、卵細(xì)胞等受體細(xì)胞進(jìn)行外源基以生殖細(xì)胞如花粉粒、卵細(xì)胞等受體細(xì)胞進(jìn)行外源基因轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)。因轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)。一是利用組織培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行小孢子和卵細(xì)胞的單倍體一是利用組織培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行小孢子和卵細(xì)胞的單倍體培養(yǎng)、轉(zhuǎn)化受體系統(tǒng)；培養(yǎng)、轉(zhuǎn)化受體系統(tǒng)；二是直接利用花粉和卵細(xì)胞受精過程進(jìn)行基因轉(zhuǎn)化，二是直接利用花粉和卵細(xì)胞受精過程進(jìn)行基因轉(zhuǎn)化，如花粉管導(dǎo)入法，花

7、粉粒浸泡法，子房微針注射法等如花粉管導(dǎo)入法，花粉粒浸泡法，子房微針注射法等第11頁/共48頁植物轉(zhuǎn)基因的基本技術(shù)路線植物轉(zhuǎn)基因的基本技術(shù)路線 獲得目的基因，克隆到載體上擴(kuò)增 受體細(xì)胞培養(yǎng)：如植物愈傷組織等 目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 培養(yǎng)轉(zhuǎn)化細(xì)胞 篩選、培植、鑒定第12頁/共48頁第13頁/共48頁蘇云金桿菌蘇云金桿菌毒蛋白基因毒蛋白基因質(zhì)粒載體質(zhì)粒載體重組質(zhì)粒構(gòu)建重組質(zhì)粒構(gòu)建農(nóng)桿菌農(nóng)桿菌棉花棉花棉花細(xì)胞棉花細(xì)胞侵染轉(zhuǎn)移侵染轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)基因棉花轉(zhuǎn)基因棉花抗蟲棉的構(gòu)建第14頁/共48頁轉(zhuǎn)基因方法轉(zhuǎn)基因方法 直接導(dǎo)入法直接導(dǎo)入法 基因槍法（1987年） 載體介導(dǎo)法載體介導(dǎo)法：農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法（1974年） 病

8、毒感染法病毒感染法第15頁/共48頁基因槍介導(dǎo)的DNA轉(zhuǎn)移 基因槍法最早是由美國(guó)康奈爾大學(xué)的Sanford最先提出的。它通過它通過高速飛行的金屬顆粒將包被其外高速飛行的金屬顆粒將包被其外的目的基因直接導(dǎo)入到受體細(xì)胞的目的基因直接導(dǎo)入到受體細(xì)胞內(nèi)內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)化的方法。1992年，世界首例轉(zhuǎn)基因小鼠就是通過該法獲得的。 第16頁/共48頁基因槍轉(zhuǎn)化的原理基因槍轉(zhuǎn)化的原理第17頁/共48頁載體介導(dǎo)法：載體介導(dǎo)法：根癌農(nóng)桿菌根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移：介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移：TiTi質(zhì)粒質(zhì)粒( (tumor-inducing plasmidtumor-inducing plasmid) ) 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移DNA

9、(transfer DNA(transfer DNA,T-DNA)DNA,T-DNA)Ti plasmid：雙鏈共價(jià)：雙鏈共價(jià)閉合環(huán)狀閉合環(huán)狀DNA分子，約分子，約150200Kb第18頁/共48頁農(nóng)桿發(fā)根菌農(nóng)桿發(fā)根菌的生物學(xué)特性的生物學(xué)特性 發(fā)根農(nóng)桿菌（發(fā)根農(nóng)桿菌（Agrobacterium Agrobacterium rhizogenesrhizogenes） ：土壤細(xì)菌，能侵：土壤細(xì)菌，能侵染大多數(shù)雙子葉植物和少數(shù)單子葉染大多數(shù)雙子葉植物和少數(shù)單子葉植物植物 RiRi質(zhì)粒質(zhì)粒( (root-inducing root-inducing plasmidplasmid) )：T TDNADN

10、A區(qū)、區(qū)、VirVir區(qū)兩個(gè)區(qū)兩個(gè)功能區(qū)功能區(qū) T-DNAT-DNA區(qū)插入到寄主植物基因區(qū)插入到寄主植物基因組中，表達(dá)決定發(fā)根生長(zhǎng)和冠組中，表達(dá)決定發(fā)根生長(zhǎng)和冠癭堿合成的基因，冠癭堿的檢癭堿合成的基因，冠癭堿的檢測(cè)是評(píng)價(jià)植物轉(zhuǎn)化是否成功的測(cè)是評(píng)價(jià)植物轉(zhuǎn)化是否成功的證據(jù)之一證據(jù)之一 。 VirVir區(qū)不插入寄主植物基因組區(qū)不插入寄主植物基因組DNADNA中，但與中，但與T-DNAT-DNA的轉(zhuǎn)移有關(guān)，的轉(zhuǎn)移有關(guān)，其缺失或突變不能使感染的植其缺失或突變不能使感染的植物出現(xiàn)發(fā)根。物出現(xiàn)發(fā)根。LBRBviroriABGCDEopinecatabolismHairy root genesand opin

11、e synthaseT-DNARiRi質(zhì)粒第19頁/共48頁第20頁/共48頁TiTi質(zhì)粒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化方法質(zhì)粒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化方法TiTi質(zhì)粒衍生的克隆轉(zhuǎn)化載體必須具備以下的質(zhì)粒衍生的克隆轉(zhuǎn)化載體必須具備以下的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn)特點(diǎn)1 1）具有選擇標(biāo)記基因）具有選擇標(biāo)記基因2 2）DNADNA復(fù)制起始位點(diǎn)復(fù)制起始位點(diǎn)3 3）T TDNADNA右邊緣序列右邊緣序列4 4）單克隆位點(diǎn)）單克隆位點(diǎn)5 5）virvir區(qū)域區(qū)域方法：利用方法：利用雙元載體系統(tǒng)雙元載體系統(tǒng)和共和共整合載體整合載體系統(tǒng)解系統(tǒng)解決決第21頁/共48頁共整合轉(zhuǎn)化共整合轉(zhuǎn)化-載體和農(nóng)桿菌質(zhì)粒重組過載體和農(nóng)桿菌質(zhì)粒重組過程程第22頁/共48頁雙

12、元載體轉(zhuǎn)化雙元載體轉(zhuǎn)化第23頁/共48頁花粉管通道法花粉管通道法 將外源將外源DNADNA片段在自花授粉后的特定時(shí)期注片段在自花授粉后的特定時(shí)期注入入柱頭或花柱，外源柱頭或花柱，外源DNADNA沿花粉管通道通過珠心沿花粉管通道通過珠心進(jìn)進(jìn)入胚囊，轉(zhuǎn)化不具備細(xì)胞壁的受精卵或早期入胚囊，轉(zhuǎn)化不具備細(xì)胞壁的受精卵或早期胚性胚性細(xì)胞。細(xì)胞。由由第24頁/共48頁microinjectioncell-to-cell infection病毒感染法：病毒感染法：Viruses can be used as vectors for whole plants第25頁/共48頁轉(zhuǎn)基因植物鑒定轉(zhuǎn)基因植物鑒定1.1.

13、選擇性培養(yǎng)檢測(cè)：利用抗生素標(biāo)記基因篩選選擇性培養(yǎng)檢測(cè)：利用抗生素標(biāo)記基因篩選2.2.遺傳標(biāo)記檢測(cè)：通常選擇具有特殊遺傳標(biāo)記的質(zhì)遺傳標(biāo)記檢測(cè)：通常選擇具有特殊遺傳標(biāo)記的質(zhì) 粒，常用的遺傳標(biāo)記有：粒，常用的遺傳標(biāo)記有：-葡糖苷酸酶基因葡糖苷酸酶基因熒熒光素酶基因。光素酶基因。3.3.目的基因檢測(cè)：目的基因檢測(cè)：PCRPCR，分子雜交技術(shù)，分子雜交技術(shù)第26頁/共48頁綠色熒光蛋白檢測(cè)綠色熒光蛋白檢測(cè)GFPGFP產(chǎn)生綠色熒光蛋產(chǎn)生綠色熒光蛋白，白，在在395nm395nm和和490nm490nm的波長(zhǎng)下發(fā)出的波長(zhǎng)下發(fā)出獨(dú)特的綠色熒光。獨(dú)特的綠色熒光。第27頁/共48頁第二節(jié)第二節(jié) 基因改良植物基因改

14、良植物抗除草劑的轉(zhuǎn)基因植物抗除草劑的轉(zhuǎn)基因植物（最早進(jìn)入田間生產(chǎn)，目前栽（最早進(jìn)入田間生產(chǎn)，目前栽培面積最大）如培面積最大）如 Monsanto Monsanto 的抗除草劑草甘膦大豆的抗除草劑草甘膦大豆抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 如如 SyngentaSyngenta的的Bt 176Bt 176抗蟲玉米抗蟲玉米抗病轉(zhuǎn)基因植物抗病轉(zhuǎn)基因植物 （抗病毒，抗真菌，抗細(xì)菌）（抗病毒，抗真菌，抗細(xì)菌）抗環(huán)境脅迫轉(zhuǎn)基因作物抗環(huán)境脅迫轉(zhuǎn)基因作物 （溫度、水分、化學(xué)物）（溫度、水分、化學(xué)物）植物發(fā)育調(diào)節(jié)基因工程植物發(fā)育調(diào)節(jié)基因工程 （控制果實(shí)成熟，雄性不育，控制果實(shí)成熟，雄性不育，改良植物品質(zhì)）改良植物品

15、質(zhì)）醫(yī)藥領(lǐng)域中的轉(zhuǎn)基因植物醫(yī)藥領(lǐng)域中的轉(zhuǎn)基因植物（利用植物作為生物反應(yīng)器，（利用植物作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)藥用蛋白、食用疫苗等）生產(chǎn)藥用蛋白、食用疫苗等）第28頁/共48頁 遭受蟲害的普通玉米遭受蟲害的普通玉米 抗蟲的抗蟲的BtBt轉(zhuǎn)基因玉轉(zhuǎn)基因玉米米第29頁/共48頁轉(zhuǎn)基因植物的生產(chǎn)實(shí)踐轉(zhuǎn)基因植物的生產(chǎn)實(shí)踐：樣品比較（左為普通棉花，右為兔毛轉(zhuǎn)基因棉花）抗除草劑大豆第30頁/共48頁實(shí)例：抗實(shí)例：抗TMVTMV（煙草花葉病毒）的轉(zhuǎn)基因番茄的轉(zhuǎn)基因番茄轉(zhuǎn)基因番茄與非轉(zhuǎn)基因番茄相比： 毒性物質(zhì)配糖生物堿（golycoalkaloidsgolycoalkaloids）的含量相同； 糖及有機(jī)酸組成相同；

16、 多酚代謝產(chǎn)物組成相同； 番茄提取物對(duì)腸道菌的影響相同，沒有誘發(fā)回復(fù)突變。土豆不宜帶皮食用土豆不宜帶皮食用 食用帶皮土豆有害人體健康，因?yàn)橥炼怪泻杏卸镜呐涫秤脦ね炼褂泻θ梭w健康，因?yàn)橥炼怪泻杏卸镜呐涮巧飰A。這種配糖生物堿幾乎全集中在土豆皮里，食用大糖生物堿。這種配糖生物堿幾乎全集中在土豆皮里，食用大量的配糖生物堿可以引起中毒。因此，土豆不宜帶皮食用。量的配糖生物堿可以引起中毒。因此，土豆不宜帶皮食用。即使帶皮的土豆煮熟后將皮剝?nèi)ィ矔?huì)有部分的配糖生物堿即使帶皮的土豆煮熟后將皮剝?nèi)ィ矔?huì)有部分的配糖生物堿滲入土豆內(nèi)部，同樣會(huì)引起中毒。滲入土豆內(nèi)部，同樣會(huì)引起中毒。第31頁/共48頁抗CM

17、VCMV病毒轉(zhuǎn)基因番茄抗CMVCMV病毒轉(zhuǎn)基因甜椒轉(zhuǎn)查爾酮合酶矮牽?；ň藜?xì)胞病毒(CMV)是一種皰疹病毒,CMV感染可引起泌尿生殖系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟、肺、血液循環(huán)系統(tǒng)等病變,并與惡性腫瘤的發(fā)生可能有關(guān)。第32頁/共48頁實(shí)例：抗草胺磷轉(zhuǎn)基因大豆實(shí)例：抗草胺磷轉(zhuǎn)基因大豆轉(zhuǎn)基因大豆與原始品種相比：轉(zhuǎn)基因大豆與原始品種相比： 主要營(yíng)養(yǎng)元素和抗?fàn)I養(yǎng)因子無明顯差別；主要營(yíng)養(yǎng)元素和抗?fàn)I養(yǎng)因子無明顯差別； 不引起過敏反應(yīng)，對(duì)嚙齒類的動(dòng)物是安全的；不引起過敏反應(yīng)，對(duì)嚙齒類的動(dòng)物是安全的； 飼喂大鼠、雞、乳牛、鲇魚和鵪鶉，在飼料轉(zhuǎn)化率及飼喂大鼠、雞、乳牛、鲇魚和鵪鶉，在飼料轉(zhuǎn)化率及促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育待方面無顯著

18、差異。促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育待方面無顯著差異。第33頁/共48頁抗除草劑作物第34頁/共48頁實(shí)例：抗甲蟲轉(zhuǎn)基因馬鈴薯實(shí)例：抗甲蟲轉(zhuǎn)基因馬鈴薯轉(zhuǎn)基因馬鈴薯與原始品種相比：轉(zhuǎn)基因馬鈴薯與原始品種相比： BtBt蛋白和蛋白和NPTIINPTII蛋白對(duì)人無明顯的過敏反應(yīng)；蛋白對(duì)人無明顯的過敏反應(yīng)； 蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、可食纖維、灰分含量相同；蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、可食纖維、灰分含量相同； 維生素維生素C C、B6B6、B1B1、B3B3、煙酸、葉酸含相同；、煙酸、葉酸含相同； 礦質(zhì)無素鈣、銅、鐵、碘、磷、鉀、鈉、鋅相同；礦質(zhì)無素鈣、銅、鐵、碘、磷、鉀、鈉、鋅相同； 抗?fàn)I養(yǎng)因子茄堿含量相同；抗?fàn)I養(yǎng)因子茄堿含量相同； 飼喂大鼠飼喂大鼠2828天，兩者在毛重、生長(zhǎng)速率和器官毛重方面天，兩者在毛重、生長(zhǎng)速率和器官毛重方面無差異無差異 第35頁/共48頁能殺死棉鈴蟲的棉花第36頁/共48頁抗蟲棉與普通棉花的對(duì)比第37頁/共48頁轉(zhuǎn)乙肝抗原基因的西紅柿轉(zhuǎn)乙肝抗原基因的西紅柿預(yù)防乙肝預(yù)防乙肝第38頁/共48頁上市的轉(zhuǎn)基因食品 抗除草劑基因大豆 抗蟲基因玉米 抗病毒基因油菜 抗病毒土豆 轉(zhuǎn)抗蟲基因棉花第39頁/共48頁上市的轉(zhuǎn)基因食品脂肪含量高脂肪含量高含含-胡蘿卜素胡蘿卜素第40頁/共48頁第三節(jié)第三節(jié) 轉(zhuǎn)基因植物的安全性轉(zhuǎn)基因植物的安全性 它是保存和增強(qiáng)還是動(dòng)