中科院植物基因工程课件转化系统1 pCAMBIA载体
《植物转基因技术》课件
转基因技术的未来发展方向和前景
研究方向
未来应加强转基因技术在提高作物抗逆性、 品质改良和功能食品研发等方面的研究,以 满足人类不断增长的需求。同时,应关注新 兴技术的应用,如基因编辑技术,以推动转 基因技术的创新发展。
应用前景
随着转基因技术的不断进步和应用领域的拓 展,未来转基因作物有望在保障粮食安全、 提高农业生产效率和改善生态环境等方面发 挥重要作用。同时,随着人们对转基因技术 认识的深入和法规体系的完善,转基因技术 的应用前景将更加广阔。
鉴定
对筛选出的阳性细胞或植 株进行遗传和表达分析, 以确定目的基因是否成功 导入并稳定遗传。
鉴定方法
包括分子生物学技术、免 疫学技术、生物化学技术 等。
转基因植物的遗传稳定性与安全性
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03
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遗传稳定性
转基因植物在繁殖过程中,目 的基因能够稳定遗传并表达的
能力。
安全性
转基因植物对人类健康、生态 环境和农业生产的潜在影响。
目的基因的验证
对获取的目的基因进行测序和功能验证,确保其正确性和可用性。
基因克隆与载体构建
基因克隆
采用限制性内切酶和连接酶等技 术,将目的基因克隆到载体上。
载体的选择
根据目的基因的特点和需求,选 择适合的载体,如质粒、病毒载
体等。
载体构建
将目的基因与载体进行重组,形 成重组质粒或重组病毒载体。
转化体的筛选与鉴定
转基因技术的法规和监管问题
法规制定
各国政府需制定完善的法规和监管体系 ,规范转基因技术的研发和应用,确保 其安全可靠。同时,需要加强国际合作 ,共同制定国际统一的转基因技术标准 。
VS
监管执行
植物遗传转化技术
binary vector
• 包括mini-Ti质粒(T-DNA边界,缺失Vir区)和 helper Ti质粒(含有Vir区缺失T-DNA边界,相当 于co-integrated vector 的disarmed Ti质粒) mini-Ti质粒:pBin19,pCAMBIA系列 helper Ti质粒:EHA105,LBA4404(pAL4404)
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Co-integration plasmid
• 一元载体系统A plasmid based on pBR322 used to clone gene of interest
• A Ti-based vector: pGV3850 (LB, RB, most of T-DNA replaced by pBR322)
Left border
Right border
12-24 kbp
vir genes
Opine
ori
catabolism
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3. 创伤诱导分子
• 是一类可溶性的小分子酚类化合物 • 乙酰丁香酮(acetosyringone,AS)、羟
基乙酰丁香酮(acetosyringone,OH-AS) • A.t: recognition and chemotaxis (趋化性)
• Left and right border (LB\RB):TDNA左右两侧各有一段25bp的重复 序列,在T-DNA的整合中起重要作用
• Ori区(origin of replication):该区段 基因调控Ti质粒的自我复制,故称之 为复制起始区。
T-DNA region
Auxin Cytokinin Opine
• T-DNA和vir基因参与,T-DNA上的基因与 T-DNA的转移及整合有关,因为它不编码 T-DNA转移的产物。
细胞工程第七章 植物转化受体系统
特点:
(1) 原生质体被除去了细胞壁这一天然屏障,能够直 接高效地摄取外源DNA或遗传物质,甚至细胞核;
(2) 通过原生质体培养,细胞分裂可形成基因型一致的细胞 克隆,从转化原生质体获得的转基因植株嵌合体少;
(3) 原生质体转化受体系统易于在相对均匀和稳定 的同等控制条件下进行准确的转化和鉴定;
选择原则 :
①同一物种的培养基有雷同性,即同一物种的不同亚种、品种间的基本培养基 类型基本相同;
②同一植物的不同组织器官的基本培养基类型基本相同; ③植物组织培养时所需营养成分与田间栽培有相似性; ④MS培养基是大多数植物的通用培养基; ⑤无机盐的浓度是基本培养基类型的重要因素,应该作为培养基选择的重要参
的抗生素有一定的敏感性;要求抗生素对受体植物 没有严重的毒性;
(5)对农杆菌侵染有敏感性。
第一节 植物基因转化受体系统的类型及其特性
一、愈伤组织再生系统
愈伤组织再生系统是指外植体经脱分化培养诱导愈伤组织,并 通过分化培养获得再生植株的受体系统。
特点:
(1)外植体细胞经历了脱分化和再分化两个过程,具有易 于接受外源基因的能力,转化率较高;
第七章 植物基因转化受体系统
本章所讲内容:
建立植物基因转化受体系统的基本条件; 植物基因转化受体系统的类型及其特性; 建立植物基因转化受体系统的程序及要求; 建立植物基因转化受体系统过程中的常见问
题及解决方案。
概述:
植物基因工程技术:即将目标性状基因分离出来, 构建重组DNA分子导入受体物种中,筛选出获得目 标基因表达后代,培育新品种,这种技术称为转化。
生理上的变化:
结构:茎尖分生细胞较小、结构简单,缺少 具正常功能的输导组织,叶片只有海绵组织, 气孔的保卫细胞功能失调等。
基因工程 载体构建
/
Oligo DNA的Tm值 引物设计软件都可以给出Tm,与引物长度,碱基组成, 引物使用缓冲的离子强度也有关。长度为25mer以下的引物, Tm计算公式为: Tm = 4℃(G + C)+ 2℃(A + T) 引物Tm值与PCR产物Tm值相差一般不超过30℃,一般采 用较引物Tm值低5℃作为PCR退火温度。兼并碱基Tm值可 以折算。 酶切位点和保护碱基不计算在内,而只计算与模板互补的 碱基序列的Tm。
Gateway™技术能够克隆一个或多个基因进入到任何蛋白 表达系统。这项强大的体外技术大大地简化了基因克隆和亚 克隆的步骤,而同时典型的克隆效率高达95%或更高。当基 因在目的表达载体之间快速简便的穿梭时,还可以保证正确 的方向和阅读框。Gateway™也有助于进行带不同数目纯化 和检测标签的表达 。 Gateway™利用了位点特异重组, 所以在构建入门载体后,不再需要使用限制性内切酶和连接 酶。一旦您拥有了一个入门克隆,就可以多次使用它,转移 您感兴趣的基因到Gateway™改造过的 的各种表达载体(目 的载体)。
根癌农杆菌(Ti质粒)
Ti质粒是约200-500kb的环状DNA分子, Ti质粒具有五个主要功能区域,它们分别是 T-DNA、质粒转移(plasmid transfer)、冠瘿 碱代谢(opine catabolism)、复制原点(ori)和 毒性区域(vir)。 T-DNA中直接参与转移并整合到植物染色 体上的序列,仅是T-DNA两端与其它序列交 界处的25bp不完全直接重复(imperfect direct repeats),右端的序列称为右界(right border, RB), 左端的为左界(left border,LB)。 T-DNA区域内的所有基因与转移无关,所以 将致瘤基因全部缺失即卸甲(disarmed)后, 将其它序列插入到这个区域,形成的T-DNA 仍可将RB至LB内的序列转移并整合到植物 基因组。 Vir区的毒性基因是T-DNA转移所必需的。
人工染色体载体PPT课件
筛选第一受体的克隆子,一般采用抗菌素 抗性选择标记;
筛选第二受体的克隆子,常用与受体互补 的营养缺陷型。
人工染色体克隆载体的特点: 能容纳长达1000 kb甚至3000 kb的外源
DNA片段。
人工酵母染色体克隆载体的构建
YAC(酵母人工染色体)克隆载体是最早构建 成功的人工染色体克隆载体。
将酵母染色体DNA的端粒(TEL)、DNA复制 起点 (ARS)和着丝粒(CEN)以及必要的选择标记 (HISA4和TRPl)基因序列克隆到大肠杆菌质粒 pBR322中,构建成YCA克隆载体。
二、YAC载体的工作原理
ARS1
TRP1
EcoRI
CEN4
EcoRI
EcoRI EcoRI
Apr
pYAC4
URA3 BamHI
ori
TEL BamHI TEL
重组酵母染色体
连 接
转化酵母菌
03.01.2024
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(红色,赤红色)
此克隆载体的sup4(抑制基因:抑制赭色 表型 )基因上,组装了供插入外源DNA片段 的克隆位。
③一个自主复制序列(ARS1);
④两个来自嗜热四膜虫
(Tetrahymenna thermophilp)的末
端重复序列(TEL),以保持重组
•03.01.2Y02A4 C为线状结构;
•39
⑤在两个末端序列中间,有 一段填充序列(HIS3),以 便pYAC4在细菌细胞中稳 定扩增;
⑥Amp抗性及细菌质粒复制 原点;
常用的YAC克隆载体有3种:
pYAC3、pYAC4和pYAC5。
差别: 在sup4基因上的克隆位点不同,分别是
SnaBI、EcoRI和NotI。
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。
植物表达载体构建
(三)中间表达载体的构建:
中间载体从功能上看可分为两大类:克隆 载体和表达载体。
克隆载体的主要功能是复制和扩增基因; 表达载体是适于在受体细胞中表达外源基 因的载体。
中间表达载体含有植物特异启动子,因而 能在植物中表达外源基因。
(三)中间表达载体的构建
1.启动子及其它调控序列:
转录的调控对真核生物基因表达起着关键的作用。大多 数真核生物在转录起始点的 5’ 端上游区第 30 至 25bp 处具有 TATA盒,在70至 80bp处还有 CAAT盒;3’ 端具有AATAA序 列。Ti质粒的Nos、Ocs、Tmr等基因都具有与真核生物启动 子类似的 TATA 盒和 CAAT 盒,均能在植物细胞中表达,且 无组织特异性。因此,它们成为早期构建嵌合基因的启动子, 其中以Nos启动子(pNos)最常用。后来发现,由CaMV35s 启动子、外源结构基因和Nos 3’端的非编码区域组成的嵌合 基因,能在植物细胞中高效表达。 CaMV35s 启动子既无组 织特异性,又不受发育时期的影响,是一个较理想的植物基 因工程启动子。 现在已发现很多诱导启动子和特异表达的启动子,被用 于各种不同的转化目的。
2.常用的中间载体及其构建: (1)广谱中间载体: 所谓广谱中间载体是由大肠杆菌广谱质粒克隆 T-DNA片段后 构建而成的。常用的广谱质粒是 RK2 衍生的载体 pRK290 。 由它构建的中间载体既能在大肠杆菌中复制,又能在农杆菌 中复制。
广谱中间载体的构建过程见下图。 ①将选定的T-DNA片段克隆到大肠杆菌质粒上; ②将外源基因连同细菌选择标记(如抗生素抗性)一起插入 到T-DNA片段的限制性切点中; ③将产生的 T-DNA“ 工程”片段亚克隆或共整合到广谱质粒 pRK290。 由于 pRK290 具有在广寄主范围中复制和接合转移的起点, 因而在辅助质粒如 pRK2013 反式动员作用下, pRK290 即可 从大肠杆菌转入根癌农杆菌中。
植物生物技术:第九章 植物遗传转化载体
农杆菌可分为根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciems(含Ti质粒 )和发根农杆菌Agrobacterium rhizogenes (含Ri质粒) ,在植
物基因工程中以根瘤农杆菌的Ti质粒介导的遗传转化最多。
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病毒载体感染植物细胞以后只是利用寄主细胞的功能在细胞质进 行复制和表达;同时又由于病毒具有高效自我复制能力,故在转 化植物中可得到高拷贝外源基因,从而十分有利于外源基因的表 达和功能的实现
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Ti质粒结构
毒性区(vir区):激活T-DNA的转移
T-DNA区: 侵染植物时,从Ti质粒上 被切割,转移到植物细胞中,带有与 肿瘤形成有关的基因
接合转移区:存在与细菌间进行接合有 关的基因
复制起始区:保证Ti质粒进行自我复制
T-DNA 区
Cytokinin
Auxin
Opine
左边界
右边界
Ti 质粒
第九章 植物遗传转化载体
1
第9章 植物遗传转化载体
本章主要内容
• 第一节 植物遗传转化载体的种类及特点 • 第二节 农杆菌质粒系统的结构、功能和构建 • 第三节 植物病毒载体 • 第四节 叶绿体转化载体 • 第五节 遗传转化常用的选择标记基因及及无选择标记基因转化系统
2
第9章 植物遗传转化载体
本章教学目的与要求
含子、信号肽等)连接在一起构成基因。
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启动子
Ti质粒
Nos(胭脂碱合成酶基因)、Ocs(章鱼碱合成酶基因)等
基因具有与真核生物启动子类似的TATA盒和CAAT盒,均能在植 物细胞中表达,并且无组织特异性。因此,它们成为早期构建 嵌合基因的启动子。
pcambia2301-101植物表达载体
植物基因转化的受体
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HPT
• 潮霉素是一种很强的细胞生长抑制剂,对 许多种植物都产生很高的毒性。 • 而潮霉素磷酸转移酶基因产物通过酶促磷 酸化作用能使潮霉素失活,从而产生抗性。
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常用抗除草剂基因
• bar基因,产生PPT乙酰转移酶,抗Bialaphos或 glufosinate草铵膦 • EPSP基因,产生5-烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸合 酶,抗glyphosate草甘磷 • GOX基因,产生草甘膦氧化酶,降解草甘膦
9
A selectable marker gene
• 抗性素类
– kanamycin resistance, nptII – hygromycin resistance, hpt
• 除草剂类
– bar gene (for resistance to herbicide phosphinothricin)草胺膦 – DHFR gene (for resistance to methotrexate)甲 氨蝶呤 – ESPS gene (for resistance to glyfosate)
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组成型表达启动子
• constitutive promoter • 也叫非特异性表达启动子 • 特点:表达没有时间、空间、组织的特异性 – 单子叶植物:来自玉米的Ubiquitin启动子和来 源于水稻的Actin1 启动子 – 双子叶植物:来自花椰菜花叶病毒 CaMV(Cauliflower mosaic virus)35S启动子
4
Let’s Build A Complex Cassette
pB19hpc (Golden Rice Cassette)
TL
aphIV
35S Gt1
psy
《植物基因工程》课件
REPORTING
抗虫抗病基因工程
抗虫基因工程
通过将抗虫基因导入植物,培育出具有抗虫性能的转基因植物,有效抵抗害虫的侵害,减少农药使用 ,保护生态环境。
抗病基因工程
通过导入抗病基因,提高植物对病原菌的抗性,降低植物病害的发生率,保障农作物产量和品质。
抗逆境基因工程
抗旱基因工程
转录因子调控
利用转录因子对目的基因进行表达调控,提高或降低基因的表达水平。
基因编辑技术
基因敲除
通过基因编辑技术,将目的基因从植 物染色体上删除或破坏,以实现功能 丧失或降低表达。
基因定点编辑
通过CRISPR-Cas9等基因编辑技术, 对目的基因进行定点突变、插入或缺 失,以实现功能获得或改变。
PART 03
的商业化应用开始。
目前,植物基因工程已经广泛应 用于农业、林业、园艺等领域, 为人类提供了大量的转基因作物
。
植物基因工程的应用领域
提高农作物的产量和品质
通过导入外源基因,改良植物的生长 发育和代谢过程,提高农作物的产量 和品质。
增强植物抗逆性
通过改变植物的抗病、抗虫、抗旱、 抗寒等性状,提高植物在逆境条件下 的生存能力。
合成生物学
合成生物学结合了基因工程和系统生 物学,未来可能实现定制化合成植物 基因组,为植物育种和改良提供新的 途径。
基因工程面临的ห้องสมุดไป่ตู้理和环境问题
伦理问题
基因工程技术的广泛应用可能对传统农业和 生态环境造成影响,引发关于人类干预自然 进程的伦理争议。
环境风险
转基因作物的种植可能对非目标生物和生态 环境产生不良影响,如基因漂移、生态失衡
通过基因工程手段增强植物的碳汇能力,为 减缓全球气候变暖做出贡献。
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As intellectual property restrictions become more onerous, it is clear the ability to remove segments of DNA which are not readily licensed, or for which freedom-tooperate cannot be obtained, is of great importance for commercial applications. Therefore, developing a ‘modular’ structure that encompasses an upgrade path is of the highest priority. Thus, there is still a pressing need to have a single set of vectors which can be used for routine and efficient transformation of most crops, both dicot and monocot, with numerous genetic selections, including routes to simple novel selection upgrades. These vectors should also facilitate advanced construction, modification and analysis of transgenes and variants.
CAMBIA has constructed a new set of vectors to meet these requirements for its own in-house use, and has now made these available to the research community. The starting material for all these vectors was the excellent backbone developed by Peter Hajdukiewicz, Zora Svab and Pal Maliga, and generously provided to CAMBIA by Pal Maliga (Hajdukiewicz et al., 1994). These vectors, the pPZP series, have a wide-host-range origin of replication from the Pseudomonas plasmid pVS1, which is extremely stable in the absence of selection; the pBR322 ORIGIN (pMB9-type) to allow high-yielding DNA preparations in E. coli; the T-DNA borders, including overdrive; and a CaMV35S cassette. While pPZPs served as the backbones for the pCAMBIA series, they have been very extensively modified for particular uses.
2.1General Structure of pCAMBIA vectors
2.2 Design Features of the pCAMBIA Modular format:
1. Consensus sequences for both prokaryotic (Shine/Dalgarno) and eukaryotic (Kozak) translational initiation, to allow strong ribosome binding and efficient translation of reporter or other genes incorporated within the modular structure. A stop codon upstream from the S/D and initiator ensures no read-through translational fusion. Choice of 5’-cloning sites, Nco I provides the start codon and second base of Kozak consensus. 5’-SpeI and 3’-Nhe I have compatible sticky overhangs, allowing easy gene rearrangement or reorientation. These sites have been engineered to provide the same reading frame relative to their sticky ends.
2. Outline and Nomenclature of pCAMBIA Vector Structure
A few points about our strategy:
The pUC18 polylinker was used in some vectors, but pUC8 and pUC9 poБайду номын сангаасylinkers were also used to: simplify the choice of cloning enzyme – in the age of PCR, it is no longer necessary to have a large number of cloning sites; and
These substandard features of most vectors include: • low-copy origin of replication resulting in low yield DNA preps; • unstable replicons, causing variable loss of the plasmid during propagation; • large size; • lack of convenient restriction sites for manipulation; • limited choice of selectable markers for both bacteria and plants; • lack of simple ways to construct reporter gene fusions; • incompletely sequenced regions; • no path for ‘upgrades’.
T0 rice plants by southern hybridization confirmed integration of the
selectable marker gene - hygromycin with copy numbers ranging from 1-3; more than 50% of the transgenic rice lines produced with Agrobacterium
a.
b.
eliminate potential conflicts with sites such as Sph I (which has an ATG) or Xba I (which has a TAG). This makes other sites in the vector more useful (such as the Sph I site outside of the Right TDNA Border, or the Sac II site outside of the Left T-DNA Border).
pCAMBIA vectors. Transient and stable expression of the GUS reporter
gene indicating successful transformation was observed by X-GlcA staining in transformed rice calli and tobacco shoots. Molecular analysis of
pCAMBIA vectors
•国际农业分子生物学应用中心 •- CAMBIA是一个独立的、非营利的国际研 究组织,注册在澳洲的首都。主要是对农业 分子生物学的研究。
1.Introduction
1.1Why a new set of vectors?
Plant transformation is now routine in hundreds of laboratories worldwide, using both Agrobacterium or direct methods, notably particle bombardment. Recently it has become clear that even the majority of monocots are susceptible to efficient Agrobacterium-mediated transformation (for rice, see Hiei et al. 1997). However, the vectors used vary widely between laboratories making comparisons of results between groups difficult, and most are ‘historical’ relics with many substandard features that make advanced DNA constructions awkward or cumbersome.