转基因植物

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➢ 第三个因素是受体材料的选择
一、转基因植物
基因枪法优点: ①不受受体种类限制,特别适合根瘤农 杆菌不能浸染的植物 ②简化了质粒构建,可以用两个或两个 以上的质粒进行共转化,而不需构建一 个复杂的质粒 ③快速简便,转化率较高。
化学物质诱导法
➢化学物质诱导法是以原生质体为受体,借助于
特定的化学物质诱导DNA直接导入植物细胞的 方法。常用的转化细胞的化学物质有PEG(聚 乙二醇)、PLO(多聚鸟氨酸)、 PVA(聚乙烯醇) 等,其中PEG法应用较多,效果较好。
载体介导法
(二)Ti质拉介导的二元整合转化系统 由两个分别含有T-DNA和vir区的Ti微型
质粒和辅助质粒构成,通过反式激活T-DNA转 移至植物细胞基因组内。
微型Ti质粒小,转移到农杆菌比较容易, 载体容易构建,效率较高。这是目前T-DNA转 化植物细胞比较常用的方法。
Ti质拉介导的二元整合转化系统
800kb,其中T-DNA区为12-24kb,vir区 有35kb,T-DNA上有tms、tmr和tmt三套 基因,分别编码合成植物生长素、分裂 素和生物碱的酶。在T-DNA两端各有一 个25bp的末端重复序列LB和RB,在TDNA的切除及整合过程中起着重要作用。
载体介导法
➢ T-DNA区可高效整合到植物受体细胞的 染色体上并得到表达。利用这一特点, 将目的基因转入Ti质粒的T-DNA区构建 根瘤农杆菌的转化载体。
一、转基因植物
通过植物基因工程获得转基因植物在农 业生产发展及植物分子生物学研究中有 十分重要的意义,已获得的有重大经济 价值的转基因植物已经很多。
一、转基因植物
基因工程: 就是重组DNA技术,指在体 外将不同来源的DNA进行剪切和重组, 形成杂合DNA或成嵌合DNA分子,然后将 其导入特定的宿主细胞从而得到大量扩 增和表达,使宿主细胞获得新的遗传特 性,产生新的基因产物。
Ti plasmid of Agrobacterium causes crown gall tumors
T-DNA contains: 1) opine systhesis genes 2) iaaM, iaaH—auxins 3) iptZ--phytohormone
100多种双子叶植 物!很少感染单子 叶植物!
Ti质粒介导的共整合转化系统
(3)将重组大肠杆菌与含野生型Ti质粒的根癌 农杆菌进行结合,通过同源重组,T-DNA质粒整 合到Ti质粒上得到重组根癌农杆菌,利用根癌 农杆菌筛选标记筛选。 (4)将得到的整合型根癌农杆菌感染植物愈伤 组织,携带大肠杆菌重组质粒的T-DNA便随机整 合在植物细胞染色体上,采用含卡那霉素的培 养基筛选出植物细胞转化子。 该方法存在载体构建困难、效率低等不足。
射击植物
决定基因枪使用成功的因素
➢ 第一因素是动力系统
根据动力系统,基因枪分为三大类:一类是以 火药爆炸力作为动力加速微弹;第二类是以电 弧放电蒸发浪作为动力;第三类是以高压气体 作为动力。
➢ 第二因素是微弹的制备过程 。用的微
载体有两类:一是钨粉,另一个是金粉,直 径一般为0.6-4μm。 常用的将DNA包被到微载体上所用的沉淀试剂 有亚精胺、氯化钙、乙醇、聚乙二醇、异丙醇 等。
显微注射法和激光微束法等。 化学方法包括PEG法、脂质法等。
一、转基因植物
基因枪法最早是由 美国康奈尔大学 Sanford最先提出的。 1992年,世界首例 转基因小鼠就是通 过该法获得的。
一、转基因植物
基因枪法(gene gun bombardment)又称粒子轰
击(particle bombardment),高速粒子喷射技术 (high-velocity particle microprojection), 经过加速装置用表面附着DNA分子(含目的基因) 的金属微粒轰击植物细胞,将DNA直接射入植物 细胞。
载体介导法
将根癌农杆菌与植物原生质体、悬浮细胞、 叶盘、茎段共同培养,用根癌农杆菌含有目 的基因的质粒去转化植物受体。
将短暂共培养的受体洗去根癌农杆菌在含有 适量抗生素的培养基上培养,筛选具有抗生 素抗性标记的转化细胞,然后用特定培养基 诱导这些细胞形成转基因植株。
这种方法适合双子叶植物,大多数单子叶植物 因为不能诱导Ti质位vir区基因表达信号分子, 应用受到限制。
❖根癌农杆菌 (Agrobacterium tumefaciens),是一种革兰氏阴 性土壤杆菌,它含有Ti质粒,能诱导被侵染的植物细胞形 成肿瘤,即诱发冠瘿瘤。Ti质粒(包括Ri质粒)上有一段 转移DNA,在农杆菌侵染宿主植物时,这段DNA可以转移 进植物细胞,并稳定地保留在植物细胞染色体中,变为 植物细胞新增加的一群基因,最终能通过有性世代遗传 给子代 。
➢PEG是细胞融合剂,在磷酸钙、高pH条
件下引起原生质细胞膜表面电荷紊乱带 来通透性改变从而有助于细胞摄取外源 DNA。
化学物质诱导法
PEG法优缺点:
优点
➢PEG法操作简单、成本低、结果较稳定、重
复性好、无需昂贵的基因转化仪器,且嵌合 转化体很少产生。 缺点
➢原生质体培养再生难度较大 ➢原生质体再生培养的转化植株变异率高,易
一、转基因植物
(4)卸甲载体:卸甲载体是解除武装的 Ti质粒或Ri质粒,其功能是作为构建转化 载体的受体质粒。 (5)植物基因转化载体:植物基因转化 载体是最后用于目的基因导入植物细胞的 载体,故亦称工程载体。它是由中间表达 载体和卸甲载体构建而成。根据它的结构 特点又可分为两种转化载体,即一元载体 系统和双元载体系统。
Ti plasmid---circular ds DNA about 200kb
载体介导法
目前已经建立的Ti质粒介导方法有共整合转化、 二元整合转化等。 (一)Ti质粒介导的共整合转化系统
将外源基因整合到修饰过的T-DNA上形成可 穿梭的共整合载体,在vir基因产物作用下完成 目的基因向植物细胞的转移和整合。
病毒感染法
病毒可以感染植物组织,不受双子叶和 单子叶限制,作为植物转荃因载体的病 毒包括单链RNA病毒、 单链DNA病毒和 双链DNA病毒。
较为成熟的是花椰菜花斑病毒(CaMV) 和番茄金花叶病(TGMV )。
转基因植物鉴定
一般情况下,在受体细胞群中只有少部 分细胞获得了外源目的基因,而目的基 因被整合到受体细胞基因组并实现表达 的更少。因此必须从转化体系中筛选出 含有目的基因的重组体。 ➢常用方法包括:选择性培养检测、报告
液体MS浸泡15min
无生长素N6-AS共培养 3d
N6-H选择培养20d
抗性愈伤组织的获得及植株再生 30d
优化的农杆菌介导法水稻遗传转化过程
1 2N6愈伤诱导 2 N6-BA预培养 3 N6-H选择培养
4 植 株 再 生
载体介导法
根癌农杆菌转化植物细胞的过程大致包 括: 1、农杆菌对植物细胞表面特定部位的识 别和附着 2、经敏感细胞的诱导作用,位于Ti质粒 上控制T区的基因转移的Vir区基因活化 并表达 3、T-DNA从Ti质粒上切割下来,通过细 菌和植物细胞的壁,转移并整合到植物 细胞的核基因组中。
共整合载体和农杆菌质粒重组过程
Ti质粒介导的共整合转化系统
(1)将删除tms、tmr和tmt基因的T-DNA片段克 隆到大肠杆菌载体质粒pBR322上(有氨苄青霉素 抗性标记) (2)然后分别插人新霉素磷酸转移酶(NPTⅡ)基 因(卡那霉素抗性)和根癌农杆菌筛选标记,接入 外源基因,转化大肠杆菌,利用氨苄青霉素 (Apr)筛选阳性克隆。
发现农杆菌是与根癌农杆菌同属的一种 病原土壤杆菌,含有Ri质粒,可以诱导植物 细胞产生毛状根,毛状根细胞能分化形成植 株。
由于Ri质粒也含有可高效整合到植物受 体细胞的染色体上并得到表达的T-DNA,因 此也可用作转基因植物的载体。
花粉管通道法
花粉管通道法又称子房注射法,是在植 物授粉后,将外源DNA注人子房的胎座 位置,使DNA沿着花粉管通道进入胚囊 与受精卵或者胚细胞接触而达到转化目 的。
T-DNA是农杆菌侵染植物细胞时,从Ti质 粒上切割下来转移到植物细胞的一段DNA, 故称之为转移DNA。该DNA片段上的基因 与肿瘤的形成有关。
载体介导法
农杆菌转化的方法 1、共培养法:包括原生质体共培养、悬 浮细胞共培养核愈伤组织共培养。
农杆菌介导法转基因的基本流程及优化策略
表面有伤口的外植体
一、转基因植物
技术路线
目的基因分离 植物表达载体的构建 受体材料的准备
遗传转化
炼苗
转化组织 转化植株筛选 组织脱分化
一、转基因植物
1、受体 受体材料的选择 (1)叶盘:从幼嫩新鲜的植物叶片上用
打孔器取下直径约5mm的圆形叶片 (叶盘)作为外源DNA的转入受体。 (2)原生质体:无细胞壁易于接受外源 基因,同时细胞璧再生后可以再生完 整植株。
基因枪法
基因枪法进行遗传转化的步骤: 1、靶细胞或组织的预处理:渗透压
调节(甘露醇、山梨醇) 2、质粒DNA的提取与纯化 3、微弹头的制备(质粒DNA浓度、
金粉颗粒处理) 4、轰击 (距离、压力) 5、抗性愈伤组织的诱导与筛选 6、植株再生与转化体筛选
吸附
装入
DNA 1.2m钨弹头 特制手枪
产生白化苗,且由于 PEG法对原生质体活力 有害,转化率低。
应用这种方法已成功的获得大麦、柑桔、胡
椒等植物的转基因植株。
一、转基因植物
载体介导法 具体方法有农杆菌介导法、病毒介导法。 农杆菌介导可采用“共培养法”,(见
书本图10-1 B),有根癌农杆菌和发根农 杆菌两种载体系统。
载体介导法
以野生型根癌农杆菌载体系统为例: ➢ 野生型根癌农杆菌Ti质粒大小约200-
一、转基因植物
(3)悬浮细胞:单个细胞易于操作, 性状稳定。
(4)愈伤组织:属于分生细胞,易于 接受外源基因。
(5)胚状体:胚状体起源于单细胞, 嵌合现象不易发生。
一、转基因植物
(6)活体:在植株上形成新鲜伤 口,接种根癌农杆菌转化载体, 得到再生芽。
(7)胚轴、茎尖、茎段等也可以 作为转化受体。
农杆菌的活化
愈伤组织 农杆菌 的共培养
抗性愈伤组织 获得及植株再生
来源 生理状态 菌种 活化状态
培养基成分
缩短组培时间 提高再生频率
优化的农杆菌介导法水稻高效快速遗传转化体系
种子
YEP平板单菌落
2N6诱导愈伤 7-10d
AB培养基活化12h
N6 -BA 预培养 2-3d
AB-AS 诱导12h
62d~70d
载体介导法
Vir区(virulence region): ➢ 该区段上的基因能激活T-DNA转移,
使农杆菌表现出毒性,故称之为 毒性区。T-DNA区与Vir区在质粒 DNA上彼此相邻,合起来约占Ti质 粒DNA的三分之一。
Ti质粒的基因位点及其功能区域
➢ T-DNA区(transferred-DNA regions):
第十章
转基因植物
主要内容
一、转基因植物 受体 转基因方法 转基因植物鉴定
二、基因改良植物 抗虫害植物 抗除草剂植物 高品质植物
三、转基因植物生物 制药
四、转基因植物的安 全性问题
一、转基因植物
转基因植物(transgenic plant)是指将外 源基因转入到植物的细胞或组织中获得 的具有新的遗传性状的植物。
一、转基因植物
2、载体 载体:是目的基因的运输工具,它
能将分离克隆得到的目的基因导入 植物细胞并使其整合到寄主染色体 组中得以表达。
一、转基因植物
载体种类:
(1)目的基因克隆载体:目的基因克隆载 体与微生物基因工程类同,通常是由多拷 贝的E.coli小质粒为载体,其功能是保存 和克隆目的基因。 (2)中间克隆载体:中间克隆载体是由大 肠杆菌质粒插入T-DNA片段及目的基因、 标记基因等构建而成。它是构建中间表达 载体的基础质粒。 (3)中间表达载体:中间表达载体是含有 植物特异启动子的中间载体,其功能是作 为构建转化载体的质粒。

目的基因
基因载体


重组体
转 筛
总 体基 Baidu Nhomakorabea因 术工 路程 线

一、转基因植物
转基因方法
概括起来说主要有两类: 第一类是外源目的DNA的直接转化。 第二类是以载体为媒介的遗传转化, 也称为间接转移系统法。
一、转基因植物
转基因方法
直接导入法
可以采用物理或者化学方法直接将外源目 的基因导人植物细胞。 物理方法包括基因枪法、电击法、超声法、
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