第十章 转基因技术及应用 ppt课件
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药物名称 基因来源 应用 抑制HIV 抗过敏 多种用途 植物载体 烟草 烟草、番茄 烟草 烟草、马铃薯、 番茄 油菜、拟南芥 烟草 核糖体抑制蛋白 恬楼、玉米 血管紧张肽转化 牛奶 酶 抗体 抗原 脑啡肽 表皮生长因子 老鼠
细菌、病毒病原 口服疫苗 人 人 止痛、镇定剂 特殊细胞增值
促红细胞生成素 人
转基因微生物
第一节 转基因植物 p85
目的基因和受体的获得 转基因方法 转基因植物的鉴定
转基因植物的应用
转基因植物研究存在的问题
一、目的基因的来源
1. 采用限制性内切酶，从生物组织中获取目的基因；
2. 通过mRNA合成cDNA；
3. 人工合成的DNA片段；
4. 聚合酶链式反应（PCR）扩增特定基因片段。
第十章 转基因技术与 应用
转基因技术是将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基 因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗
传的修饰，这一技术称之为转基因技术（Transgene
technology）。人们常说的"遗传工程"、"基因工程"、"遗 传转化"均为转基因的同义词。 转基因植物
转基因动物
农 杆 菌 ori
大 肠 杆 菌 筛 选 标 记
大肠杆菌ori
农 杆 菌 筛 选 标 记
病毒介导法
随着植物病毒分子生物学及遗传学研究的不断深入，用病毒 基因组作为载体转化植物细胞日益受到人们的重视，因为病 毒载体能将外源基因导入植物的所有组织和细胞中，而且不 受单子叶或双子叶的限制。 在大约300种特征清楚的植物病毒中，单链RNA病毒约占 91%，双链RNA病毒、双链DNA病毒、单链DNA病毒各占 3%。利用植物病毒载体转化植物细胞大致有以下两种战略： 转染植物细胞原生质体
四、转基因植物的鉴定
选择培养基检测：如Ti质粒改造时插入抗生素标记基因 遗传标记检测：选择标记治理，如含有β -葡糖苷酸酶、
荧光素酶基因等
目的基因检测：PCR、分子杂交等
五、转基因植物应用
植物基因改良 抗虫害植物、抗除草剂植物、高品质植物 转基因植物生产药物
转 基 因 植 物
转 化
农杆菌
大肠杆菌
细菌接合
T-DNA区 同 源 整 合
农杆菌
感 染 植 物 根 部 细 胞
T D N A 区 整 合 在 植 物 细 胞 基 因 组 上
r 植 物 细 胞 筛 选 标 记K m
外源基因
二 元 整 合 转 化 程 序
LB
T -D N A
大 肠 杆 菌 农 杆 菌 穿 梭 质 粒
RB
调节红细胞水平 烟草
生长激素
水蛭素 人血清蛋白
鲑鱼
合成 人
刺激生长
血栓抑制剂 血栓扩张剂
烟草、拟南芥
油菜 烟草、马铃薯
干扰素
人
抗病毒
芜芩
六、转基因植物研究存在的问题
环境释放安全性 食品安全性
生物安全的含义
• 生物安全使指在一定的时间与空间范围内，由于自然或人 类活动引起外来物种迁移，外来物种在定居、建群、繁衍、 扩展的连串过程中造成对本土物种和生态系统的威胁、危 害，使之衰退，甚至退化和灭绝；或由于人为造成环境的 剧烈变化，导致生态环境的破坏或掠夺生物资源，砍伐和 捕捞过度，严重时导致物种濒危或灭绝；或由于科学研究、 开发、生产和应用中造成对人类健康、生存环境和社会生 活的有害影响。 • 这三种情况均属于生物安全范围，第一种其实是外来物种 入侵，或角生物入侵。第二种情况是生态环境的破碎化、 片断化和边缘化，同样使生物多样性受到威胁。第三种情 况是指生物技术和生物工程引起的生物安全问题，是科技 进步带来的负面影响，主要包括转基因农作物的生物安全 问题。
融合法
• 将外源DNA与特殊的疏水性高分子化合物混合， 在水中这些疏水性化合物分子形成球状的脂质体， 后者与植物细胞原生质体融合，筛选融合子，再 生植物细胞壁。
载体介导法
农杆菌介导法 p87
T-DNA的染色体整合机制
多克隆位点
共 整 合 转 化 程 序
大肠杆菌质粒
农杆菌筛选标记
重组质粒
大 肠 杆 菌 筛 选 标 记
•迄今为止
世界上共批准了12种作物、6大类性状的48个转基 因品种进行商业化生产，其中包括水稻、玉米、马铃薯、小 麦、黑麦、红薯、大豆、豌豆、棉花、向日葵、油菜、亚麻 、甜菜、甘草、卷心菜、番茄、生菜、胡萝卜、黄瓜、芦笋 、苜蓿、草莓、木瓜、猕猴、桃、越橘、茄子、梨、苹果、 葡萄等。
应用于生产转基因药物的植物
二、转基因植物受体包括： • 叶盘、胚轴、茎尖、茎段 • 原生质体 • 悬浮细胞 • 愈伤组织 • 胚状体 • 活体
三、转基因方法
直接导入法 • 物理法：基因枪法、电击法、超声法、显微注射 法、激光微束法 • 化学法：PEG法，脂质包埋法等
载体介导法：农杆菌介导、病毒介导法
花粉管通道法
直接导入法
转基因棉花（Bt基因） 富含维他命A的黄金大米
抗虫玉米
转基因番茄（抗花叶病基因）
•1983 年 美国和比利时科学家首次将外源基因导入烟草和胡 萝卜。
•1994
年 世界上第一种耐储藏的番茄在美国批准上市。
•1995 年 转基因的抗虫、抗除草剂的玉米和棉花在美国投入 生产。 •2000 年 美国转基因大豆的种植面积首次超过普通大豆。
枪击法 • 将待转化的DNA沉淀在细小金属珠的表面，用特 制枪将金属珠直接打入植物细胞，枪的威力为430 m / s，植物细胞通常是胚胎细胞、玉米籽、叶子 等，但进去的DNA片段整合效率极低。 电击法 • 将高浓度的质粒DNA加入到植物细胞的原生质体 悬浮液中，混合物在 200 - 600 V / cm 的电场中处 理若干秒钟，然后将原生质体在组织培养基中生 长 1 - 2 周，再生出整株植物。
转染植物组织
花粉管导入法
将外源DNA沿着花粉管经过珠心进入尚未形成正常细胞壁的 卵、合子或早期胚胎细胞中，从而实现基因的转移。这一方法是
wk.baidu.com
我国科学家周光宇首先提出设计的，目前已应用于水稻、小麦、
棉花、大豆、花生、蔬菜等作物的转基因研究。 花粉管导入法的特点是直接、简便。它的受体材料为植株整 体，省略了细胞组织培养的诱导和传代过程，排除了植株再生的 障碍，特别适合于难以建立有效再生系统的植物。由于转化的是 完整植株的卵细胞、受精卵或早期胚胎细胞，导入的DNA分子整 合效率较高。
细菌、病毒病原 口服疫苗 人 人 止痛、镇定剂 特殊细胞增值
促红细胞生成素 人
转基因微生物
第一节 转基因植物 p85
目的基因和受体的获得 转基因方法 转基因植物的鉴定
转基因植物的应用
转基因植物研究存在的问题
一、目的基因的来源
1. 采用限制性内切酶，从生物组织中获取目的基因；
2. 通过mRNA合成cDNA；
3. 人工合成的DNA片段；
4. 聚合酶链式反应（PCR）扩增特定基因片段。
第十章 转基因技术与 应用
转基因技术是将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基 因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗
传的修饰，这一技术称之为转基因技术（Transgene
technology）。人们常说的"遗传工程"、"基因工程"、"遗 传转化"均为转基因的同义词。 转基因植物
转基因动物
农 杆 菌 ori
大 肠 杆 菌 筛 选 标 记
大肠杆菌ori
农 杆 菌 筛 选 标 记
病毒介导法
随着植物病毒分子生物学及遗传学研究的不断深入，用病毒 基因组作为载体转化植物细胞日益受到人们的重视，因为病 毒载体能将外源基因导入植物的所有组织和细胞中，而且不 受单子叶或双子叶的限制。 在大约300种特征清楚的植物病毒中，单链RNA病毒约占 91%，双链RNA病毒、双链DNA病毒、单链DNA病毒各占 3%。利用植物病毒载体转化植物细胞大致有以下两种战略： 转染植物细胞原生质体
四、转基因植物的鉴定
选择培养基检测：如Ti质粒改造时插入抗生素标记基因 遗传标记检测：选择标记治理，如含有β -葡糖苷酸酶、
荧光素酶基因等
目的基因检测：PCR、分子杂交等
五、转基因植物应用
植物基因改良 抗虫害植物、抗除草剂植物、高品质植物 转基因植物生产药物
转 基 因 植 物
转 化
农杆菌
大肠杆菌
细菌接合
T-DNA区 同 源 整 合
农杆菌
感 染 植 物 根 部 细 胞
T D N A 区 整 合 在 植 物 细 胞 基 因 组 上
r 植 物 细 胞 筛 选 标 记K m
外源基因
二 元 整 合 转 化 程 序
LB
T -D N A
大 肠 杆 菌 农 杆 菌 穿 梭 质 粒
RB
调节红细胞水平 烟草
生长激素
水蛭素 人血清蛋白
鲑鱼
合成 人
刺激生长
血栓抑制剂 血栓扩张剂
烟草、拟南芥
油菜 烟草、马铃薯
干扰素
人
抗病毒
芜芩
六、转基因植物研究存在的问题
环境释放安全性 食品安全性
生物安全的含义
• 生物安全使指在一定的时间与空间范围内，由于自然或人 类活动引起外来物种迁移，外来物种在定居、建群、繁衍、 扩展的连串过程中造成对本土物种和生态系统的威胁、危 害，使之衰退，甚至退化和灭绝；或由于人为造成环境的 剧烈变化，导致生态环境的破坏或掠夺生物资源，砍伐和 捕捞过度，严重时导致物种濒危或灭绝；或由于科学研究、 开发、生产和应用中造成对人类健康、生存环境和社会生 活的有害影响。 • 这三种情况均属于生物安全范围，第一种其实是外来物种 入侵，或角生物入侵。第二种情况是生态环境的破碎化、 片断化和边缘化，同样使生物多样性受到威胁。第三种情 况是指生物技术和生物工程引起的生物安全问题，是科技 进步带来的负面影响，主要包括转基因农作物的生物安全 问题。
融合法
• 将外源DNA与特殊的疏水性高分子化合物混合， 在水中这些疏水性化合物分子形成球状的脂质体， 后者与植物细胞原生质体融合，筛选融合子，再 生植物细胞壁。
载体介导法
农杆菌介导法 p87
T-DNA的染色体整合机制
多克隆位点
共 整 合 转 化 程 序
大肠杆菌质粒
农杆菌筛选标记
重组质粒
大 肠 杆 菌 筛 选 标 记
•迄今为止
世界上共批准了12种作物、6大类性状的48个转基 因品种进行商业化生产，其中包括水稻、玉米、马铃薯、小 麦、黑麦、红薯、大豆、豌豆、棉花、向日葵、油菜、亚麻 、甜菜、甘草、卷心菜、番茄、生菜、胡萝卜、黄瓜、芦笋 、苜蓿、草莓、木瓜、猕猴、桃、越橘、茄子、梨、苹果、 葡萄等。
应用于生产转基因药物的植物
二、转基因植物受体包括： • 叶盘、胚轴、茎尖、茎段 • 原生质体 • 悬浮细胞 • 愈伤组织 • 胚状体 • 活体
三、转基因方法
直接导入法 • 物理法：基因枪法、电击法、超声法、显微注射 法、激光微束法 • 化学法：PEG法，脂质包埋法等
载体介导法：农杆菌介导、病毒介导法
花粉管通道法
直接导入法
转基因棉花（Bt基因） 富含维他命A的黄金大米
抗虫玉米
转基因番茄（抗花叶病基因）
•1983 年 美国和比利时科学家首次将外源基因导入烟草和胡 萝卜。
•1994
年 世界上第一种耐储藏的番茄在美国批准上市。
•1995 年 转基因的抗虫、抗除草剂的玉米和棉花在美国投入 生产。 •2000 年 美国转基因大豆的种植面积首次超过普通大豆。
枪击法 • 将待转化的DNA沉淀在细小金属珠的表面，用特 制枪将金属珠直接打入植物细胞，枪的威力为430 m / s，植物细胞通常是胚胎细胞、玉米籽、叶子 等，但进去的DNA片段整合效率极低。 电击法 • 将高浓度的质粒DNA加入到植物细胞的原生质体 悬浮液中，混合物在 200 - 600 V / cm 的电场中处 理若干秒钟，然后将原生质体在组织培养基中生 长 1 - 2 周，再生出整株植物。
转染植物组织
花粉管导入法
将外源DNA沿着花粉管经过珠心进入尚未形成正常细胞壁的 卵、合子或早期胚胎细胞中，从而实现基因的转移。这一方法是
wk.baidu.com
我国科学家周光宇首先提出设计的，目前已应用于水稻、小麦、
棉花、大豆、花生、蔬菜等作物的转基因研究。 花粉管导入法的特点是直接、简便。它的受体材料为植株整 体，省略了细胞组织培养的诱导和传代过程，排除了植株再生的 障碍，特别适合于难以建立有效再生系统的植物。由于转化的是 完整植株的卵细胞、受精卵或早期胚胎细胞，导入的DNA分子整 合效率较高。