第8章 植物转基因技术1 PPT课件
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程来实现。 • 转基因打破了物种的界限，使不同种的生物的遗 传物质在分子水平上重新组合在一起，并且完全 可以按照人的意志或目的，实现对生物体的改造。
目的基因克隆的基本步骤
• ①分离获得目的基因； • ②在体外进行DNA重组，将外源DNA连接到能 自我复制又带有选择标记的载体上； • ③将重组DNA转移入受体细胞； • ④筛选出含有目的DNA的受体细胞克隆；
基因枪法（gene gun）
又称高速微粒轰击法（High-velocity microprojectiles)
DNA
吸附
1.2m钨弹头
装入
特制手枪 射击植物
但进去的DNA片段整合效率极低，不
易获得再生植株，可能发生共抑制现象.
8.2 植物生物反应器
植物生物反应器是指通过基因工程途径，以常见 的农作物作为“化学工厂”，通过大规模种植生 产具有高经济附加值的医用蛋白、工农业用酶、 特殊碳水化合物、生物可降解塑料、脂类及其它 一些次生代谢产物等生物制剂的方法。
植物受伤后能分泌酚类化合物（如乙酰丁香 酮、羟基乙酰丁香酮），诱导Ti质粒上的 毒性基因表达。 第二步 感染植物 农杆菌吸附于植物的表面伤口部位（常在茎的 基部）。
பைடு நூலகம்
第三步 毒性基因（vir）表达 virA、virG、virD、virB 第四步 T-DNA转移 T-DNA被vir基因产物切下来，并运送到植物细胞 核里，整合到植物基因组中。 第五步 诱导冠瘿瘤 T-DNA上的产物催化产生过量的生长素和 细胞分裂素，形成植物冠瘿瘤。 第六步 土壤农杆菌代谢冠瘿碱。
我国植物生物反应器的研究始于上世纪90年代初期，虽 然在构建高效植物表达载体和培育转基因植物等主要技术 环节上与国外相差无几，但在研究的广度和深度上与发达 国家相比却存在很大差距。 幸运的是，在制订“九五”，“十五”“863”计划时，
选择了“利用转基因植物生产口服疫苗和生物可降解塑料”
等研究课题予以资助。已取得较多的研究成果。
此后，国内外多个实验室相继在烟草、马铃薯、番茄、苜
蓿和莴苣中表达了乙肝表面抗原、大肠杆菌热敏毒素B亚 基、霍乱毒素B亚基、诺瓦克病毒壳蛋白和狂犬病毒G蛋
白等抗原，并利用在植物中表达的抗原进行了动物和人体
的免疫实验，获得了大量有价值的研究数据，为今后利用 转基因植物生产疫苗奠定了良好基础 。
植物来源的重组药用蛋白第一次临床应用研究是由星球生 物技术有限公司（Planet Biotechnology, Inc）. 美国著名的孟山都公司（Monsanto）已经培育出一种转 基因玉米，每公顷玉米可以产生3.7公斤达到药用蛋白标 准的人类抗体。 植物来源的抗体在体外的稳定性和体内的生物活性与动物 细胞培养来源的抗体是相同的，利用它将开发出一种低成 本的治疗方法来防治某些由性传播的疾病。
混合入电击缓 冲液 幼苗
愈伤组织
分化
转化效率较低，且仅限于能由原生质体 再生出植株的植物。
② 基因枪法（gene gun）
• 基因枪法最早是由美国康奈
尔大学的Sanford最先提出的。
它通过高速飞行的金属颗粒 将包被其外的目的基因直接 导入到受体细胞内，从而实 现基因转化的方法。1992年， 世界首例转基因小鼠就是通 过该法获得的。
冠瘿碱（opine）的作用 冠瘿碱是在冠瘿瘤内合成并分泌出来的，是农 杆菌的碳源和氮源。大部分其他土壤微生物都 不能利用冠瘿碱。
毒性基因（vir） 决定土壤农杆菌对植物的感染和T-DNA的 转移， 进入和整合。
冠瘿碱代谢基因
分别编码代谢冠瘿碱的酶。维持农 杆菌生长。
② 农杆菌的感染和生存 第一步:植物受伤
我国植物生物反应器的研究和利用还主要集中在药用蛋白 的研究和应用方面。而利用转基因植物生产特殊饱和或不 饱和脂肪酸、改性淀粉、环糊精或糖醇、次生代谢产物、 工农业用酶制剂的研究仍然没有引起国家足够的重视，其
Large Scale Biology公司和斯坦福大学已经合作开发 了一种肿瘤特异性疫苗，可用于阻止细胞的恶性生长，它 们利用植物病毒作为瞬时表达系统。 治疗的目的是在患者体内产生特殊的抗体，它能特异性识 别恶性生长的B细胞表面特异性位点，使靶细胞最终受到 破坏，而正常的细胞不会受到任何影响。 另外一个引起全球关注的研究成果是，瑞士联邦技术研 究所, 在2000年将水仙的八氢番茄红素合成酶和番茄红素 环化酶基因导入水稻，研制出一种富含β胡萝卜素（维生 素A前体）的水稻，品种名称T309，每克稻米含1.6mg胡 萝卜素，由于稻米色泽金黄，故称为“金色大米”。
改造后的Ti质粒载体模式
ori
消毒
切取
土壤农杆 菌浸泡
叶盘
筛选培养基
愈伤组织 分化幼苗
优点: 多为单拷贝或寡拷贝整合，转基因遗传较 稳定，减少了共抑制等基因沉默现象．
属于单细胞转化，不存在嵌合体现象；
成本较低，转化效率较高。
(2) DNA直接转移法
①电击法
植物细胞 纤维素酶和 果胶酶 1-2kV, 3-25F电击 原生质体 DNA
(1) 载体介导法, 如农杆菌介导转化法
① Ti质粒 存在于能引起植物形成冠瘿瘤的土壤农杆菌 中，诱导冠瘿瘤形成，又称肿瘤诱导质粒 （tumor inducing plasmid）。
根瘤
T-DNA（transferred-DNA）
转移DNA，编码冠瘿碱的合成，能随机整合到 植物的染色体上。长度一般为12-24kb，是Ti质 粒最重要的部分。
第八章 植物转基因技术
植物基因转化技术
载体介导法, 如农杆菌介导转化法
DNA直接转移法
植物生物反应器
8.1 植物基因转化技术
• 转基因研究技术的中心环节即为DNA重组技术，
其最终目的是将DNA片段转入为一个生物体，从
而使该生物体具有表现某种性状。
• 转基因通过获取基因、重组基因和表达基因等过
8.2 植物生物反应器
在植物生物反应器研究中，最受人们关注同时研
究进展也最快的是生产各种疫苗用的抗原蛋白。
疫苗的形式也由菌体疫苗发展到亚单位疫苗 （Subunit vaccine），甚至还产生了DNA疫苗。
1992年，美国人C.J.Arntzen和H.S.Mason率先提出了用 转基因植物生产疫苗的新思路。
目的基因克隆的基本步骤
• ①分离获得目的基因； • ②在体外进行DNA重组，将外源DNA连接到能 自我复制又带有选择标记的载体上； • ③将重组DNA转移入受体细胞； • ④筛选出含有目的DNA的受体细胞克隆；
基因枪法（gene gun）
又称高速微粒轰击法（High-velocity microprojectiles)
DNA
吸附
1.2m钨弹头
装入
特制手枪 射击植物
但进去的DNA片段整合效率极低，不
易获得再生植株，可能发生共抑制现象.
8.2 植物生物反应器
植物生物反应器是指通过基因工程途径，以常见 的农作物作为“化学工厂”，通过大规模种植生 产具有高经济附加值的医用蛋白、工农业用酶、 特殊碳水化合物、生物可降解塑料、脂类及其它 一些次生代谢产物等生物制剂的方法。
植物受伤后能分泌酚类化合物（如乙酰丁香 酮、羟基乙酰丁香酮），诱导Ti质粒上的 毒性基因表达。 第二步 感染植物 农杆菌吸附于植物的表面伤口部位（常在茎的 基部）。
பைடு நூலகம்
第三步 毒性基因（vir）表达 virA、virG、virD、virB 第四步 T-DNA转移 T-DNA被vir基因产物切下来，并运送到植物细胞 核里，整合到植物基因组中。 第五步 诱导冠瘿瘤 T-DNA上的产物催化产生过量的生长素和 细胞分裂素，形成植物冠瘿瘤。 第六步 土壤农杆菌代谢冠瘿碱。
我国植物生物反应器的研究始于上世纪90年代初期，虽 然在构建高效植物表达载体和培育转基因植物等主要技术 环节上与国外相差无几，但在研究的广度和深度上与发达 国家相比却存在很大差距。 幸运的是，在制订“九五”，“十五”“863”计划时，
选择了“利用转基因植物生产口服疫苗和生物可降解塑料”
等研究课题予以资助。已取得较多的研究成果。
此后，国内外多个实验室相继在烟草、马铃薯、番茄、苜
蓿和莴苣中表达了乙肝表面抗原、大肠杆菌热敏毒素B亚 基、霍乱毒素B亚基、诺瓦克病毒壳蛋白和狂犬病毒G蛋
白等抗原，并利用在植物中表达的抗原进行了动物和人体
的免疫实验，获得了大量有价值的研究数据，为今后利用 转基因植物生产疫苗奠定了良好基础 。
植物来源的重组药用蛋白第一次临床应用研究是由星球生 物技术有限公司（Planet Biotechnology, Inc）. 美国著名的孟山都公司（Monsanto）已经培育出一种转 基因玉米，每公顷玉米可以产生3.7公斤达到药用蛋白标 准的人类抗体。 植物来源的抗体在体外的稳定性和体内的生物活性与动物 细胞培养来源的抗体是相同的，利用它将开发出一种低成 本的治疗方法来防治某些由性传播的疾病。
混合入电击缓 冲液 幼苗
愈伤组织
分化
转化效率较低，且仅限于能由原生质体 再生出植株的植物。
② 基因枪法（gene gun）
• 基因枪法最早是由美国康奈
尔大学的Sanford最先提出的。
它通过高速飞行的金属颗粒 将包被其外的目的基因直接 导入到受体细胞内，从而实 现基因转化的方法。1992年， 世界首例转基因小鼠就是通 过该法获得的。
冠瘿碱（opine）的作用 冠瘿碱是在冠瘿瘤内合成并分泌出来的，是农 杆菌的碳源和氮源。大部分其他土壤微生物都 不能利用冠瘿碱。
毒性基因（vir） 决定土壤农杆菌对植物的感染和T-DNA的 转移， 进入和整合。
冠瘿碱代谢基因
分别编码代谢冠瘿碱的酶。维持农 杆菌生长。
② 农杆菌的感染和生存 第一步:植物受伤
我国植物生物反应器的研究和利用还主要集中在药用蛋白 的研究和应用方面。而利用转基因植物生产特殊饱和或不 饱和脂肪酸、改性淀粉、环糊精或糖醇、次生代谢产物、 工农业用酶制剂的研究仍然没有引起国家足够的重视，其
Large Scale Biology公司和斯坦福大学已经合作开发 了一种肿瘤特异性疫苗，可用于阻止细胞的恶性生长，它 们利用植物病毒作为瞬时表达系统。 治疗的目的是在患者体内产生特殊的抗体，它能特异性识 别恶性生长的B细胞表面特异性位点，使靶细胞最终受到 破坏，而正常的细胞不会受到任何影响。 另外一个引起全球关注的研究成果是，瑞士联邦技术研 究所, 在2000年将水仙的八氢番茄红素合成酶和番茄红素 环化酶基因导入水稻，研制出一种富含β胡萝卜素（维生 素A前体）的水稻，品种名称T309，每克稻米含1.6mg胡 萝卜素，由于稻米色泽金黄，故称为“金色大米”。
改造后的Ti质粒载体模式
ori
消毒
切取
土壤农杆 菌浸泡
叶盘
筛选培养基
愈伤组织 分化幼苗
优点: 多为单拷贝或寡拷贝整合，转基因遗传较 稳定，减少了共抑制等基因沉默现象．
属于单细胞转化，不存在嵌合体现象；
成本较低，转化效率较高。
(2) DNA直接转移法
①电击法
植物细胞 纤维素酶和 果胶酶 1-2kV, 3-25F电击 原生质体 DNA
(1) 载体介导法, 如农杆菌介导转化法
① Ti质粒 存在于能引起植物形成冠瘿瘤的土壤农杆菌 中，诱导冠瘿瘤形成，又称肿瘤诱导质粒 （tumor inducing plasmid）。
根瘤
T-DNA（transferred-DNA）
转移DNA，编码冠瘿碱的合成，能随机整合到 植物的染色体上。长度一般为12-24kb，是Ti质 粒最重要的部分。
第八章 植物转基因技术
植物基因转化技术
载体介导法, 如农杆菌介导转化法
DNA直接转移法
植物生物反应器
8.1 植物基因转化技术
• 转基因研究技术的中心环节即为DNA重组技术，
其最终目的是将DNA片段转入为一个生物体，从
而使该生物体具有表现某种性状。
• 转基因通过获取基因、重组基因和表达基因等过
8.2 植物生物反应器
在植物生物反应器研究中，最受人们关注同时研
究进展也最快的是生产各种疫苗用的抗原蛋白。
疫苗的形式也由菌体疫苗发展到亚单位疫苗 （Subunit vaccine），甚至还产生了DNA疫苗。
1992年，美国人C.J.Arntzen和H.S.Mason率先提出了用 转基因植物生产疫苗的新思路。