植物基因工程育种共79页文档
《基因工程育种》课件
3
第一例转基因作物
1983年，世界上第一例转基因作物——转基因烟草成功培育。
农业中的应用
抗虫害作物
通过插入抗虫基因，减少对农药的依赖，提高作物的抗病虫害能力。
耐逆性作物
通过插入耐旱、耐盐碱等基因，提高作物在恶劣环境下的生长和产量。
提高营养价值
通过增加维生素、蛋白质等有益物质的含量，提高作物的营养价值。
基因工程育种
基因工程育种是利用现代生物技术手段对农作物进行基因改造，以提高作物 品质和产量的育种方法。
定义及原理
基因工程育种是通过插入、删除或修改目标基因来改变农作物的性状，以人类开始发展农业并进行基本育种实践，改进作物品种和栽培技术。
2
发现DNA结构
1953年，Watson和Crick发现了DNA的双螺旋结构，为基因工程奠定了基础。
总结与展望
基因工程育种在农业中具有巨大潜力，但需要平衡技术发展和伦理道德考量， 确保其可持续、安全、可接受的发展。
优点与挑战
• 优点：提高作物产量、质量和抗性，节约资源，减少对农药的依赖。 • 挑战：可能对生态环境产生影响，引发伦理和道德争议，技术风险和
安全性问题。
伦理问题
基因工程育种引发了一系列伦理问题，例如：食品安全与风险评估、基因组归属权和知识产权等问题。
未来展望
随着技术的不断发展，基因工程育种有望在农业领域发挥更大的作用，解决 全球食品安全和粮食供应问题。
第八章植物基因工程总结
农杆菌
Vir 帮助质粒
左 外源基 右 感染植物
进入植物细胞核， 整合，表达
Vir 左 外源基因 右
农杆菌
双元系统的特点
双元系统是穿梭质粒和Ti质粒两个质粒 ，在接合 后可以自主性地共存于同一农杆菌细胞中。
穿梭质粒编码植物选择标记、表达信号、多克隆 位点、两个T-DNA
④Ori区(origin of replication，复制起 始区)：Ori区上的基因调控Ti 质粒的自我 复制。
(2). 农杆菌的感染和生存
第一步:植物受伤 乙酰丁香酮、羟基乙酰丁香酮诱导Ti
质粒的毒性基因表达。 第二步 感染植物
脓杆菌吸附于植物的表面伤口部位 第三步 毒性基因（vir）表达 第四步 T-DNA转移
ori
(7) Ti载体的类型
共整合载体（cointegrate vectors） 由比利时科学家P.Zambrisky等1983年改造 的pGV3850 受体载体，需要同源重组才能插入外源基因。
双元载体（binary vectors） 既有大肠杆菌复制起点也有农杆菌复制起点， 是个穿梭载体。
①pGV3850
外源基因插入pGV3850 的过程
pBR322不能在土壤农杆菌中复制，只能同 pGV3850重组。只有这样，土壤农杆菌才能得 到抗卡那霉素性状。
外源基因 插入
Kanr pBR322
抗卡那霉素 卡那霉素筛选
转化
的土壤农杆菌 pBR322与 土壤农杆菌 感染 pGV3850重组 含pGV3850
植物组织
物的细胞中 筛选转化细胞，并诱导产生转基因植株 转基因植株大规模种植
三、外源基因导入植物的方法
（一）DNA直接转移法
化学刺激法
第八章 植物基因工程
图11-4 用二元载体系统将多聚半乳糖醛酸酶的反义 基因导入蕃茄细胞
第三节 植物外源基因的表达
一、植物表达病毒的外壳蛋白、核酶和反义 ＲＮＡ提高植物的抗病毒的能力。
二、植物表达微生物毒素提高对昆虫的抗性 三、物表达抗除草剂基因提高对除草剂 的
抗性 四、植物表达不同影响花的颜色、形态和生
长特性的基因产生新的花卉品种
复制的质粒克隆位点上。 • ２、将一中间穿梭质粒引入大肠杆菌细胞，通过在pBR322序列上编
码的氨苄青霉素抗性基因选择转化子。
• ３、然后通过大肠杆菌和土壤农癌杆菌的交配特此质粒转移到土壤农 癌杆菌细胞内。
• ４、两种质粒上的T-DNA序列发生同源重组，穿梭质粒（中间载体） 整合入整合质粒（pＧＶ３８５０）。这一过程使穿梭质粒全部融入 T-DNA的左右边界内。没有整合的质粒不会累积，因为它们不含土壤 农癌杆菌的复制起点。
1、培育抗病毒作物
• (1)、 外壳蛋白介导的抗性 • (2)、 反义RNA介导的抗性 • (3)、 利用缺损的复制酶 • (4)、 干扰运动蛋白 • (5)、 卫星RNA介导的抗性
• 烟草花叶病毒(TMV)是一种6．5kb大小的 RNA病毒。通过克隆病毒cDNA，发现该病 毒基因组编码4种多肽：两种复制酶亚单位， 一种外壳蛋白和一种与细胞间运动有关的
下来。
•
（３）、植物可产生大量的后代，稀有突变体和重组体就得以保
留。
•
（ment)，它们可用作
载体或作为插入诱变剂。
•
（５）、可利用植物的再生能力，可由单个细胞再生成一个完整
的植株。
• ２、缺点
• （１）、许多植物是多倍体，因而具有庞 大的基因组。
重要蛋白。转基因植物在土壤农癌杆菌基 因转移介质中将表达TMV的外壳蛋白 (CP)(图10—11)。
植物基因工程
第六章 植物基因工程在自然界的许多双子叶植物中，常常发生一种严重危害植物生长的病害——冠瘿。
已知90多科，600多种双子叶植物都能感染这种病。
一般认为单子叶植物和裸子植物对此病不敏感。
70年代中期，世界上几个实验室发现诱发肿瘤的根癌农杆菌中含有大量的诱瘤质粒Ti(tumor-inducing plasmid),且证实了肿瘤的形成正是由于pTi 中的特定片段——T-DNA 转移并稳定地整合进植物细胞核基因组中的结果；由于其上载着的冠瘿碱合成基因和激素合成基因表达，因此分泌冠瘿碱并形成肿瘤。
人们就把这种冠瘿的形成过程称作天然的植物细胞转化系统。
农杆菌将自身的DNA 插入植物细胞诱发肿瘤只对其本身是有益的，重要原因之一是因课程基因工程原理与技术 班级 生物科学05 生物技术05 教师 詹亚光 范桂枝 学期第二学期 课时 6学时 上课日期 课的类型理论 授课章节 第六章 植物基因工程（1）植物基因转化受体系统的条件（2）植物基因转化受体系统的类型和特性。
（3）植物基因工程载体的种类和特性（4）根癌农杆菌Ti 质粒的结构与功能：T-DNA 、Vir 区操纵子的基因结构与功能。
（5）农杆菌Ti 质粒基因转化机理（6）农杆菌Ti 质粒的改造及载体构建（7）载体构建中常用的选择标记及报告基因（8）根癌农杆菌的转化程序及操作原理（9）外源基因在植物中的表达教学目的和要求 了解植物基因转化受体系统的类型、特性掌握Ti 质粒的结构与功能，植物载体构建原理，植物基因工程常用的载体类型。
教材分析 重点 根癌农杆菌Ti 质粒介导的基因转化的原理和方法难点 植物载体构建原理关键点 转基因植物的获取和检测主要教具和设备材料 投影仪、电脑、常规教学设备教法 板书与多媒体授课相结合思考题 1. 植物基因工程载体种类？2. 根癌农杆菌转化程序？心得为农杆菌诱发植物细胞合成冠瘿碱为自己提供食物。
植物自身不能利用这种物质，只能为它的合成付出代价，别的细菌也不能利用它，在自然条件下，只有农杆菌能分泌分解冠瘿碱的酶，将这些特异产物作为唯一的碳源和氮源来利用。
基因工程-第八章植物基因工程
第八章植物基因工程因原文件较大，特转换为灰色PDF格式，有需要PPT 格式的，请下载后索取。
QQ:312161752植物基因工程研究内容▪1、从植物群体中分离有用的目的基因▪2、寻找或构建能够承受人们感兴趣的外源基因的插入和进行遗传转化等特性的克隆载体▪3、将重组载体通过体外转化等方法导入植物受体细胞，并整合到寄主染色体上▪4、使有重组载体DNA的植物细胞或组织，再生形成形态正常的后代▪5 、理想的情况下，使这些植物能够通过有性过程，将外源目的基因持续的传给后代第一节高等植物的转化系统▪有三大类植物转基因方法：▪质粒整合▪病毒感染▪物理转移一、Ti质粒介导的整合转化系统土壤杆菌属和根瘤菌属的细菌，是同属于根瘤菌科的格兰氏阴性菌，在土壤中的含量极为丰富。
土壤杆菌区别于绝大多数其它细菌最主要的特征是，它们能够诱发植物产生肿瘤能够引发冠瘿的土壤杆菌分类为根瘤土壤杆菌，而能够诱发茎瘿的土壤杆菌分类为毛根土壤杆菌，它们是分布广泛的植物疾病“冠瘿病”、“毛根病”的病原菌，又称为毒性菌株。
▪病原土壤杆菌▪这些细菌所携带的特殊质粒，具有用作植物基因克隆载体的潜在可能性。
其中有两种土壤杆菌,即根瘤土壤农癌杆菌(Agrobacterium tumefaciens)发根土壤农癌杆菌(Agrobacterium rhizogenes)▪冠瘿瘤是由一种土壤农癌杆菌细菌在感染部位形成的植物肿瘤。
当受伤的植物被土壤农癌杆菌感染时，土壤农癌杆菌并不进入植物细胞，而是把一种环状染色体肿瘤诱导质粒(Ti)中的T-DNA片段转移入细胞。
▪来自天然Ti质粒的基因表达，其表达产物刺激细胞无休止分裂，由快速分裂的细胞形成的结构即为冠瘿瘤。
冠瘿瘤细胞可获得独立、非调节性生长特性。
培养时，这些细胞可在正常细胞无法生长的缺乏植物激素的培养基上生长。
T-DNA能够进行高频转移，而且这种转移常常是以未发生变化的完整形式整合到植物的核基因组上。
同时，Ti质粒几乎不存在包装的限制问题，大到50kb的外源DNA也能被顺利的包装和转移。
基因工程育种
基因工程育种集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-第2节基因工程及其应用一、基因工程的原理1．基因工程又叫做_____________或_____________。
通俗地说，就是______________________________________________________________________________ _________________。
2．基因工程是在_____________上进行的_____________水平的设计施工，_____________、_____________、_____________是基因工程最基本的工具。
3．基因的“剪刀”是指_____________，简称_____________。
其作用特点是_____________________________________________________________________________ __________________________。
4．基因的“针线”是指_____________。
当用_____________切割两种来源不同的DNA 后，露出的末端可以通过_____________黏合起来，但_____________和_____________交替连接而构成的DNA骨架上仍有缺口，该缺口就需要靠_____________来“缝合”。
5．基因的运载体是指_____________的运输工具。
目前常用的运载体有_____________、_____________和_____________等。
必备条件：A、能在宿主细胞内稳定保存并大量复制B、有多个限制酶切点，以便与外源基因连接C、有标记基因，以便筛选6.质粒存在于细菌以及等生物中，是细胞拟核或细胞核外能够_____________的_____________状DNA分子。
7．基因工程的操作步骤是：_____________、_____________、_____________、_____________、1．科学家通过基因工程培育抗虫棉时，需要从苏云金芽孢杆菌中提取抗虫基因，“放入”棉花细胞中与棉花的DNA分子结合起来并发挥作用。
基因工程育种的方法
基因工程育种的方法1.引言1.1 概述本文将讨论基因工程育种的方法。
随着科技的发展和人类对农业需求的不断增长，育种技术也在不断演进。
基因工程育种作为一种新兴的育种方法，通过对目标基因的编辑和转移，可以显著改良植物和动物的遗传特性，并提高其适应环境能力、产量和质量。
基因工程育种的方法主要包括基因编辑技术和基因转移技术。
基因编辑技术通过对目标基因的直接编辑，改变或修复其序列，从而改变物种的遗传特性。
常见的基因编辑技术包括CRISPR-Cas9、TALEN和ZFN等。
另一种基因工程育种的方法是基因转移技术。
该技术通过将外源基因导入目标物种，使其表达具有特定功能的外源基因，从而改变物种的遗传特性。
外源基因可以来自同一物种的其他个体，也可以来自不同物种，甚至是培养皿中的合成基因。
基因工程育种的应用前景广阔。
它可以用于提高农作物的抗病性、耐旱性、耐盐性等重要农艺性状，增加作物产量和品质。
同时，基因工程育种也可以用于改良家畜和禽类，提高肉质和产量，减少疾病传播等。
通过基因工程育种，人类可以更有效地满足食物需求，为社会经济发展提供可持续的支持。
总结而言，基因工程育种作为一种强大的育种方法，具有巨大的潜力和应用前景。
通过基因编辑和基因转移技术，我们可以改良各种植物和动物的遗传特性，以适应不同的环境条件和生产需求。
然而，基因工程育种也存在一些伦理和安全问题，需要在决策和实施过程中加以慎重考虑。
文章结构部分的内容应包括对整篇文章的组织和安排的介绍，让读者了解文章的主要内容和结构安排。
下面是对1.2文章结构部分的内容的一个示例：1.2 文章结构本文将围绕基因工程育种的方法展开讨论。
首先，我们会在第2.1节对基因工程育种进行定义和背景介绍，以便读者对该主题有一个全面的了解。
接下来，在第2.2节，我们将详细探讨基因工程育种的方法。
其中，2.2.1小节将介绍基因编辑技术的原理和应用，而2.2.2小节将探讨基因转移技术的原理和应用。
植物基因工程在植物育种上的应用PPT课件
分离目的基因的方法
1、直接分离法一、限制性内切酶酶切分离法
二、酶促反转录法直接从特定 mRNA克隆基因
直接分离法获取基因
一、限制性内切酶酶切分离法
适于从病毒、质粒等简单基因组中分离目的基因。 优点是由于带有粘性末端，产物可以直接与载体连 接。缺点是目的基因内部也可能有该内切酶的切点， 目的基因也被切成碎片。分为三种方法：
cDNA法的优点
①cDNA法能选择地克隆蛋白编码基因 ，而且由 mRNA反转录合成的cDNA对特定的基因而言只有 一种可能性，这样大大缩小了后续筛选样本的范围， 减轻了筛选工作量。
②cDNA法克隆的目的基因相当“纯净”，它既不 含有基因的5’端的调控区，同时又剔除了内含子 结构，有利于在原核细胞中的表达。
cDNA是与mRNA互补的DNA （Complementary DNA），它并非生物体内的 天然分子。将供体生物细胞的mRNA分离出来，利 用逆转录酶在体外合成cDNA，并将之克隆在受体 细胞内，通过筛选获得含有目的基因编码序列的重 组克隆；如果基因序列清楚，则直接用RT-PCR克 隆基因。这就是cDNA法克隆蛋白质编码基因的基 本原理。
③cDNA通常比其相应的基因组拷贝要小数倍甚至 数十倍，一般只有2-3Kb或更小，便于稳定地克隆 在一些表达型质粒上。因此，利用cDNA法将真核 生物蛋白编码基因克隆在原核生物中进行高效表达， 是基因工程常用的战略思想。
cDNA法的基本程序
mRNA的分离纯化 双链cDNA的体外合成
双链cDNA的克隆
1、对已定序的DNA分子，用已知的限制酶消化。
2、对已定位的基因，据基因两侧的序列选择内切 酶进行酶切。
3、鸟枪法
鸟枪法
对未定序和无定位的基因，先通过酶切 分析，再通过将某种生物体的全基因组或单 一染色体通过机械切割如超声波处理、部分 酶切和特定限制性内切酶全酶解（如果染色 体DNA上目的基因的两侧含有已知的限制 性内切酶识别位点，而且两者之间距离不超 过组克隆，从中钓出目的基因。
第十二章基因工程育种
二、基因工程原理和步骤
基因工程是用人为的方法将所需的某一供体生物的遗传物质
DNA分子提取出来，在离体条件下进行“切割”，获得代表某一 性状的目的基因，把该目的基因与作为载体的DNA分子连接
起来，然后导入某一受体细胞中，让外来的目的基因在受体细
胞中进行正常的复制和表达，从而获得目的产物或改变物种特
第30页，共76页。
PCR的基本反应步骤及原理
（1）变性：加热至95 ℃，使模板DNA解开成单链； （2）退火：温度降至适宜，使引物与模板互补结合； （3）延伸：温度升至72 ℃ ，DNA聚合酶以4种dNTP为底物，
在引物的3’-OH上，合成与模板互补的DNA新链 。
第31页，共76页。
PCR反应的基本原理
mRNA的3’末端常含有一多聚腺苷酸序列，可用 寡聚脱氧胸苷酸为引物，在逆转录酶的催化下，开始 互补DNA的合成。
第35页，共76页。
3、互补DNA第二条链的合成
先用碱解或核酸酶酶解的方法除去互补DNA-mRNA杂交链中 的mRNA链，然后以互补DNA第一链为模板合成第二链，并 用核酸酶S1专一性切除单链DNA。
1. 粘性末端连接 方式：(1) 同一限制酶切位点连接
(2) 不同限制酶切位点连接
第41页，共76页。
同
GGATCC CCTAGG
Bam HⅠ切割反应
一
限
G
GATCC
制
CCTAG
G
酶
切
目的基因用 Bam HⅠ切割
G
载体DNA用Bam HⅠ切割 GATCC
位
+ CCTAG
G
点
G CCTAG
GATCC G
遗传学课件第7讲：植物转基因育种
1992年中国首先在大田种植转基因抗病毒烟草，揭开了全球转 基因作物商业化的序幕。
至2012年，我国已研发获得重要性状基因300多个，其中46个具 有自主知识产权。
至2012年，我国已发放7种转基因作物的安全证书：耐储藏番茄、 抗虫棉、改变花色矮牵牛、抗病辣椒、抗病番木瓜、抗虫水稻、 转植酸酶玉米（降解饲料中的植酸磷、释放可被动物利用的无机磷 、提
常用植物基因转化方法比较
评价项目
受体材料 宿主范围 组培条件
农杆菌法 PEG法
完整细胞 有 简单
原生质体 无
复杂
植物基因转化的方法
电击法
微针注射 法
基因枪法 花粉管通道法
原生质体
原生质体 完整细胞
卵细胞
无
无
无
有性繁殖植物
复杂
复杂
简单
无
转化率
较高
较低
较低
较高
较高
较低
嵌合体比例
有
无
无
无
多
无
操作复杂性
简单
按其发生的阶段可分为 转录沉默和转录后沉默。 转基因沉默机理包括DNA 甲基化、多拷贝整合、
位置效应、后成修饰作用等。
提高外源基因表达水平的策略
强启动子的选择和改造； 利用增强子序列； 利用真 核基因的调控序列； 利用定位信号提高外源基因表达产物的含量； 叶绿体转化（基因拷贝数多）
（二）外源基因的检测
5.电击法（electroporation）
又称电穿孔法，利用高压电脉 冲作用使细胞膜上形成可逆性 的瞬间通道，从而使外源DNA分 子进入细胞的转化方法。
6.显微注射法（Microinjection）
植物基因工程在植物育种上的应用PPT课件
磷酸二酯法的合成原理
① 保护dNTP的5’端P 或3’端-OH，以 保证合成反应的定向进行。
② 带5’保护的单核苷酸与带3’保护的另 一个单核苷酸以磷酸二酯键连接起来。
③ 用酸或碱的脱保护
磷酸二酯法合成过程
磷酸三酯法的合成
单链DNA噬菌体的特点： （1）ssDNA （2）复制型（RF）是双链环状DNA。 （3）RF DNA和ssDNA都能转染感受态大肠杆菌， 并产生噬菌斑。 （4）不存在包装限制。 （5）可产生大量的含有外源DNA插入片断的单链 分子，便于作探针或测序。
M13噬菌体在感染细胞中的复制
M13噬菌体的包装
（1）高拷贝数的质粒载体 （2）低拷贝数的质粒载体 （3）失控的质粒载体 （4）插入失活型质粒载体 （5）正选择的质粒载体 （6）表达型质粒载体
质粒载体模式图
噬菌体载体
噬菌体是一类细菌病毒，由蛋白质外壳和内包裹 着的DNA（双链、单链、线性、环状等）构成。
单链噬菌体载体
来自单链环状DNA的丝状大肠杆菌噬菌体，如 M13。
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
又称无细胞分子克隆或特异性DNA序列 体外引物定向酶促扩增技术。
PCR技术的五要素和步骤
参加PCR反应的物质 主要有五种