植物基因组中基因表达调控的机制及其在转基因作物中的应用
生物技术在农作物改良中的应用教程解析
生物技术在农作物改良中的应用教程解析概述：农作物是人类重要的食物来源之一，而农作物的提高产量和抗逆能力对人类的食品安全和农业持续发展至关重要。
生物技术是一种应用生物学原理和方法来改良农作物的工具，它已经在农业领域发挥着重要的作用。
本文将从基因编辑、基因转导、转基因作物等方面，对生物技术在农作物改良中的应用进行全面解析。
1. 基因编辑技术在农作物改良中的应用：基因编辑技术是通过改变农作物基因组中的特定基因序列，实现对性状的精确控制和改良。
其中，CRISPR/Cas9系统是最常用的基因编辑工具。
通过选择适当的核酸序列来指导Cas9蛋白酶切割目标基因，然后通过细胞自身的修复机制修复基因，实现对农作物特定性状的调控。
这种技术在农作物中的应用非常广泛，比如提高产量、改善品质、增强抗虫性和抗病性等。
以玉米为例，通过基因编辑技术成功提高了玉米的耐胁迫性能和抗虫特性，进一步改善了农作物的产量和品质。
2. 基因转导技术在农作物改良中的应用：基因转导技术是将外源基因导入受体细胞中，进而将这个外源基因加入到受体细胞的基因组中，实现对农作物基因组的定向改造。
常用的基因转导技术包括农杆菌介导转化和植物基因枪法。
农杆菌介导转化主要采用农杆菌将外源基因引入植物受体细胞中，通过嵌入到细菌质粒中的T-DNA区域实现转导。
植物基因枪法则是通过将外源基因包裹在金属颗粒或微粒上，然后以高速、高压的方式将这些粒子射入植物细胞内。
这两种技术在农作物改良中的应用广泛，如提高植物对干旱、盐碱和重金属的耐受性，增加抗病性等。
3. 转基因作物在农作物改良中的应用：转基因作物是通过基因工程技术将外源基因导入到农作物中，从而赋予其新的性状或改善已有性状的作物。
转基因作物的应用领域广泛，包括抗虫作物、抗草甘膦作物、抗病毒作物等。
其中，抗虫作物最为突出，通过转基因技术将来源于其他生物的抗虫基因导入作物中，使作物获得抗虫的能力，减少对化学农药的依赖，提高农作物产量和质量。
植物生物技术在农业生产中的应用案例
植物生物技术在农业生产中的应用案例植物生物技术是指利用现代生物学、遗传学、分子生物学等相关技术手段，对植物进行基因的工程改造和调控，以达到改良植物种质、提高农作物产量和抗性、改善农业生产环境等目的。
随着科学技术的进步，植物生物技术在农业生产中发挥着越来越重要的作用。
本文将介绍几个植物生物技术在农业生产中的应用案例。
一、转基因作物的应用转基因作物是指通过植物基因工程技术，将外源基因导入农作物中，使其具备特定的性状或功能。
转基因作物的应用案例非常广泛，其中最具代表性的是转基因抗虫作物和转基因抗草作物。
1. 转基因抗虫作物转基因抗虫作物是指通过导入特定的抗虫基因，使农作物对虫害的抵抗能力得到加强。
例如，转Bt基因的棉花能够产生一种叫做Bt毒素的蛋白质，可以有效地抑制棉铃虫的生长和繁殖，减少农药的使用量，降低对环境的污染，提高农作物的产量和质量。
2. 转基因抗草作物转基因抗草作物是指通过导入特定的抗草基因，使农作物对杂草的竞争能力得到增强。
例如，转基因抗草稻具有对除草剂耐受的特点，可以在除草剂处理下存活和生长，减少了对田间除草工作的依赖，提高了农田的管理效益。
二、植物组织培养的应用植物组织培养是一种将植物的组织、器官或细胞培养在人工培养基上，通过调节培养条件，使其生长和发育的技术。
植物组织培养广泛应用于植物的繁殖、育种和种质保护等方面。
1. 离体培养繁殖离体培养繁殖是指将植物的茎段、叶片等组织切割下来，通过培养基中添加适当的激素和营养物质，使其在无土环境下生根、分化、生长为完整的植株。
这种繁殖方式可以快速大量繁殖优质无性状的植株，提高繁殖效率和繁殖材料的遗传稳定性。
2. 植物遗传转化植物遗传转化是指向植物细胞导入外源DNA片段，通过细胞再生和选择筛选培养出转基因植株。
利用植物组织培养技术，可以实现对植物的基因工程改造。
例如，通过介导基因组整合位点，将抗病、抗虫基因导入植物细胞中，获得具有特定功能的转基因植株。
基因差异表达分析方法及其在作物遗传育种中的应用
基因差异表达分析方法及其在作物遗传育种中的应用苏在兴高闰飞李强【摘要】植物基因的差异表达是细胞形态和功能多样性的根本原因,也是各种生理及病变过程的物质基础.分析基因差异表达是近30年来分子生物学研究的重点,研究方法也从最早的差减杂交、差异显示PCR和cDNA代表性差异分析等,不断地发展到基于测序的表达系列标签和转录组测序技术,其中高通量测序技术的应用,使得分子生物学进入后基因组时代,特别是转录组测序可高效率、大批量地获取差异表达基因.通过基因差异表达分析,可挖掘农作物的优异农艺性状、高品质、抗性以及杂种优势等相关基因,辅助常规育种,提高农作物的品质、产量、抗性等综合性状,并为探究其机理、机制奠定基础.【期刊名称】《江苏师范大学学报：自然科学版》【年(卷),期】2017(035)001【总页数】8页(P38-45)【关键词】基因差异表达;转录组测序;农艺性状;品质性状;抗性;杂种优势【作者】苏在兴高闰飞李强【作者单位】[1]江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/农业部甘薯生物学与遗传育种重点实验室,江苏徐州221131;[2]中国农业科学院甘薯研究所,江苏徐州221131;[3]江苏师范大学生命科学学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】Q786植物基因差异表达是在转录水平上对基因的表达情况进行研究,包括2个及2个以上材料之间存在差异基因或者差异基因在相同环境条件下具有不同的表达模式,以及同一材料在不同处理下,同一基因呈现不同的表达模式2种情况．在真核生物基因组中,仅约10%～15%的基因在细胞中表达,而且在不同发育阶段、不同生理状态和不同类型的细胞中基因表达也不同[1]．基因的差异性表达是细胞形态及功能多样性的根本原因,也是植物生长发育和各种生理及病变的物质基础[2]．通过基因差异表达,分离新的功能基因、挖掘和鉴定差异表达基因的新功能等,对作物遗传改良具有十分重要的意义．目前,分子生物学技术逐步应用到作物遗传育种中,分子标记辅助育种、转基因育种以及分子设计育种正在成为作物遗传改良的重要手段[3]．1990年代开始,基因差异表达分析方法逐渐得到发展[4-12],并在挖掘新的功能基因以及揭示基因的新功能方面表现出优势．随着研究的深入,对差异性表达基因的富集程度要求更高,从而促使基因差异表达的筛选方法不断得以丰富和改进,尤其是测序技术的发展,使得差异表达基因的获得更加便捷,数量更多,效率更高[13]．本实验室也采用基因差异表达分析技术,解析徐薯18和徐781 2个甘薯品种在新陈代谢、抗逆性和碳水化合物积累等方面的机理机制,已获得一批与新陈代谢、抗逆性、物质积累等相关的功能基因．本文简要综述不同基因差异表达分析方法的特点、原理及优缺点,进一步阐述基因差异表达分析技术在作物农艺性状分析、品质性状分析、抗性分析以及杂种优势分析等方面的应用,以期对后续的研究工作有所裨益．1.1 基因差异表达分析方法1.1.1 差减杂交(subtractive hybridization,SH) 最初由Lamar等[4]于1984年报道,用于分离老鼠Y染色体的特异性探针．该方法也叫扣除杂交或减法杂交．差减杂交是对2种遗传背景大致相同而性状有差异的材料进行研究,基因组DNA或者mRNA(反转录成cDNA)经特定的核酸限制性内切酶消化后,在一定的条件下进行分子杂交,选择性地去除2部分共有基因杂交后形成的复合物,将含有目的基因的未杂交部分收集后装入载体,从而构建差减文库．佘卫炜等[14]用该方法成功地分离到6条与藏红花苷合成相关的特异性表达cDNA片段．该方法克服了示差筛选技术的局限性,灵敏度较高,也能有效检测转录丰度低的基因[15]，但操作难度大,费时费力,重复性较差,并且在酶切不彻底等情况下很难得到满意的结果[16]．1.1.2 mRNA差异显示逆转录PCR(differential display of reverse transcriptional PCR，DDRT-PCR) 1992年，Liang等[5]根据高等生物成熟的mRNA具有poly(A)尾巴的特性,建立了mRNA差异显示逆转录PCR．该方法利用含Oligo(dT)n的寡聚核苷酸作为锚定引物,通过逆转录酶的催化,将真核生物细胞中全部表达的mRNA逆转录为cDNA,通过PCR扩增,利用变性聚丙烯酰胺凝胶电泳将有差异的片段分开,从而筛选出差异表达基因．张弛等[17]利用该方法研究水稻77-170(Oryza Sativa var. Japoinca)及其耐盐突变体M-20在盐胁迫下基因表达的差异,克隆到13个与盐诱导相关的cDNA片段,其长度范围在200～600 bp 之间．该方法具有技术应用成熟、效率高、灵敏度高的优点,实验每一步均可检测,无需实验结束，但假阳性率高,最高达70%,所得的cDNA片段较短,很难扩增到ORF(open reading frame)内部[18-19]．1.1.3 cDNA代表性差异分析(cDNA-RDA) 在Lisitsyn等[20]建立的DNA代表性差异分析(representational difference analysis,RDA)方法的基础上,1994年,Hubank等[6]建立了cDNA代表性差异分析技术．该技术对2组材料的cDNA 进行酶切消化,并为酶切片段连接特异寡聚核苷酸接头，进行PCR扩增,分别获得实验组(T)和对照组(D)的扩增子．再次酶切2组扩增子并对T组扩增子添加新接头,然后将T组扩增子与富余的D组扩增子混合,形成杂交体,用与新接头互补的特异引物对杂交体进行PCR扩增,其中T/T杂交体进行指数扩增,T/D杂交体进行线性扩增,D/D杂交体不扩增．对差异产物进行多轮PCR后,可用普通琼脂糖凝胶检测差异表达条带[21-22]．Ling等[23]将该技术运用于分离大豆不同萌发期子叶中的差异表达基因,并成功克隆到CysP1和CysP2 2个编码半胱氨酸蛋白酶的新基因．1.1.4 表达系列标签(serial analysis of gene expression,SAGE) 1995年,Velculescua等[7]首先提出基因表达系列分析技术,该方法通过限制性酶切含有生物素标记的cDNA,产生能够代表其相应转录物的cDNA短标签(9～14 bp),然后随机连接并进行测序分析．单一转录体由其特异性的短标签所代替,用SAGE软件定量分析标签的丰度,代表转录体的表达水平．Song等[24]采用SAGE法分析超级杂交稻LYP9及其亲本93-11、PA64s在不同时期、不同组织部位的差异表达基因,获得12种主要的基因表达模式,其中406个基因上调表达,469个基因下调表达,这些基因可能与水稻的杂种优势有关．该方法可以将多个短标签串联测序,能够寻找低丰度的转录物,但其依赖已测序的基因序列,过短的序列标签所涵盖的信息无法被准确注释到基因组上[25-26]．1.1.5 抑制差减杂交(suppression subtractive hybridization,SSH) 1996年，Diatchenko等[8]提出抑制差减杂交,也叫抑制性消减杂交,结合了抑制PCR和差减杂交技术,利用抑制性PCR，选择性地扩增目的cDNA片段,显著增加了低丰度差异表达cDNA获得的概率．Tirumalaraju等[27]应用SSH技术从抗花生根结线虫和感花生根结线虫2份材料中获得70个差异表达ESTs,并证实各种非生物、生物(含根结线虫)胁迫和植物应答此类胁迫时与水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)及乙烯信号传导之间的关系．这些差异表达候选基因为获得抗根结线虫种质资源并培育优良抗性花生新品种提供可能．该方法简单、成熟、易操作,且效率高,筛选周期短,通常3～4 d可获得基因差异表达片段．但是SSH技术得到的cDNA是限制酶消化的cDNA,不是全长cDNA;材料之间最好是存在细微差异,小片段缺失时也不能有效检测;实验中酶切后的cDNA与接头连接的效率是该方法的关键,若连接效率低,有些差异表达的基因就会漏检[18]．1.1.6 cDNA限制性片段长度多态性分析(cDNA-AFLP) 在Botstein等[28]建立的限制性片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)方法的基础上,1995年,Vos等[29]结合PCR扩增提出一种新的DNA指纹技术,即扩增片段长度多态性(amplification fragment length polymorphism,AFLP)．1996年,Bachem等[9]结合RT-PCR和AFLP提出cDNA-AFLP技术,用于对转录组表达情况进行分析．该技术采用2种不同的内切酶切割cDNA片段,并添加含有与引物序列互补的人工接头,进行PCR预扩增后用聚丙烯酰胺凝胶区分差异条带．Nie等[30]运用cDNA-AFLP技术从玉米亲本和杂交种的叶、根和成熟胚中分别分离到180、170和108个差异表达基因,为揭示玉米杂种优势提供了线索．cDNA-AFLP 技术具有很好的重复性,假阳性比较低,不需要预先知道基因的序列信息,能够通过扩增条带显色强度判断基因表达量的差异[31]．1.1.7 基因芯片(DNA Chips)技术是指把大量核酸片段固定在载体上,组成密集的按序排列的探针群,通过与标记样品的核酸杂交,判断靶核苷酸的有无或数量多少的一项技术,主要包括芯片的制备、杂交与检测等3个步骤．常见的芯片可分为2大类：一种是原位合成,适用于寡核苷酸;另一种是直接点样,多用于大片段DNA．姜兆远等[32]将Affymetrix表达谱芯片运用于水稻与稻瘟病不同小种的互作研究,水稻与稻瘟病菌非亲和互作的基因表达谱及其亲和互作的基因表达谱之间存在较大差异,将基因芯片筛选到的差异表达基因通过GO注释,明确了差异基因的分子功能及信号通路,有利于进一步了解植物抗病机制,并可能为稻瘟病防治提供新的途径．该方法同时将大量的探针固定于支持物上,可以同时对大量序列进行检测,克服了传统的核酸印迹杂交操作复杂、自动化程度低，且检测序列数量少等缺点．但该方法所用仪器及软件价格较昂贵,探针的合成和固定比较复杂,难以检测低丰度表达的基因[33]．1.1.8 半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR 半定量逆转录多聚合酶链式反应(reverse transcription polymerase chain reaction,RT-PCR)是探究基因差异表达的有效手段之一[10]．采用PCR技术同时对2组或多组材料的目的基因和内参基因(internal reference genes)进行扩增,运用琼脂糖凝胶电泳PCR扩增产物，并调节内参基因条带强度一致,便可直观地呈现出目的基因在不同组织或者不同材料中是否表达，且能对比其表达丰度[11，34]．1993年,Higuchi等[35]根据PCR延伸阶段随着DNA双链的生成,含有荧光的EB(ethidium bromide)染料能嵌入DNA链内部而激发荧光,提出实时荧光定量PCR(real time quantitative RT-PCR，qRT-PCR)的概念．荧光定量PCR具有很好的特异性,重复性好,操作简单快捷,全反应过程在一个封闭的PCR管中进行,可以实时地进行监测,而且扩增结束后不需要进一步处理．Applied Biosystems、Bio-RAd等公司推出实时荧光定量PCR配套的仪器和试剂,使得该技术在研究基因表达方面逐渐成为主流手段[36]． Fu等[37]采用SSH法从3份水稻材料中获得一批抗旱相关的基因,并用半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR对300多条特异条带进行确证,为完善水稻抗旱相关QTLs及获得候选功能基因奠定基础．1.1.9 转录组测序(RNA-Seq)技术转录组(transcriptome),广义上指特定组织或细胞在某一发育阶段或功能状态下转录出来的所有RNA的总和,主要包括信使RNA(message RNA，mRNA)、核糖体RNA(ribosome RNA，rRNA)、转运RNA(transport RNA，tRNA)和非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)．狭义上,一般指特定组织或细胞中转录的全部mRNA[25]．转录组测序就是利用高通量技术对转录组进行测序分析,并对获得的读段进行过滤、组装以及生物信息学分析．RNA-Seq需要将mRNA反转录成cDNA,并对合成的cDNA作末端修复、加poly(A)尾巴及连接测序接头,片段化为测序平台所需的长度,PCR扩增,构建测序文库,利用相应的测序平台进行序列测定．对于有参考基因组序列的物种,可根据其参考序列(reference assembly)组装,没有参考基因组序列的物种,则进行从头组装(denovo assembly)[12,38]．根据组装情况,以单位长度的转录物上覆盖的读段数来衡量基因的表达水平(reads per kilo bases per million reads,RPKM)．RNA-Seq 主要用于研究2个及以上样本中基因的差异表达情况,如正常条件下的棉花幼苗和盐胁迫下的棉花幼苗等[39]．转录组测序技术具有较高的灵敏度,可以同时获得组织内的全部转录本;能检测出SNP等单个核苷酸的差异,具有很高的精确度;通过组装分析能得出基因家族中的不同拷贝或可变剪接．随着测序仪器的升级,RNA-Seq 费用逐渐下降，除了从测序数据中挖掘差异表达基因外,还可以挖掘SSR、SNP信息以及组装出尽可能完整的Unigenes序列,为后续的基因克隆和功能验证奠定坚实基础[40-45]．1.1.10 基因编辑技术近年来,锌指核酸酶(zinc-finger nucleases,ZFNs)、类转录激活样效应核酸酶(artificial transcription activator-like effector nucleases,TALENs)和CRISPR-Cas9等[46]基因编辑技术(gene editing)逐步发展并得到广泛应用．基因编辑技术能在基因组水平上对DNA序列进行剪辑或插入,从而导致目的基因的表达受到抑制或表达产物失去相应的功能．Piffanelli等[47]发现,在与小麦亲缘关系较近的大麦中,MLO基因功能的缺失突变使其对白粉病产生广谱和持久的抗性．Wang等[48]采用TALEN和CRISPR-Cas9技术对小麦MLO基因进行编辑,已经获得具有广谱抗白粉病的小麦材料．Qi等[49]结合qRT-PCR检测NgAgo酶与不同引导序列组合作用下目标基因fabp11a的差异表达情况,表明NgAgo技术在降低基因表达水平方面表现出优异的特性．1.2 基因差异表达方法的特点比较SH、DDRT-PCR、cDNA-RDA等方法都是研究基因差异表达的有效工具(表1),其中SAGE、cDNA-AFLP等5种技术能检测出差异表达基因的表达丰度,而其他4种方法则不能;除SH外,其他基因差异表达分析方法均基于PCR技术．应用DDRT-PCR时,结合PCR扩增,可检测出低丰度的mRNA样品,而cDNA-RDA、SSH和cDNA-AFLP等需要经过2～3次PCR扩增,高度富集差异表达基因,保证有较高的特异性,减少假阳性率;SH、cDNA-RDA和SSH技术需要在2个材料之间进行杂交,故仅能检测2组mRNA的差异表达,其他方法可以同时比较多组材料;SAGE 和RNA-seq需要结合测序以及相应软件分析,才能获取差异表达片段以及各自的表达量,其他技术则通过扩增或杂交即可;DNA Chips和RT-PCR/qRT-PCR分别在设计杂交探针和扩增引物时需要预先知道基因序列信息,其他方法均不需要[8,11,28]．2.1 挖掘重要农艺性状相关基因农艺性状是指农作物的株高、生育期、育性及产量等可以代表作物特点的重要因子,是作物育种重要考察指标．Firon等[41]通过分析甘薯起始膨大根(initiating storage roots，ISRs)和纤维根(fibrous roots，FRs)的转录组信息,发现至少2.5倍的表达差异短片段8 353个,采用qRT-PCR法对其中Sporamin、AGPase和GBSS1等9个基因进行检测,表明这些差异表达基因参与碳水化合物的代谢和淀粉合成,促使储藏根的形成．Tao等[43]利用Illumina paired-end(PE)转录组测序技术,结合重头组装策略对甘薯7个不同组织的转录组进行分析,为甘薯组织特异表达基因和非生物逆境基因的研究奠定基础．程立宝等[50]对莲藕进行转录组测序分析,发现86个可能与莲藕根茎膨大相关基因,得到10 个贮藏蛋白合成和5 个淀粉合成相关基因,其中Lrplp8和Lrgbss对莲藕根状茎的膨大起到重要作用．育性是有性繁殖作物重要的农艺性状．雄性不育性的发现及三系配套育种、光温不育等概念的提出及成功运用,为新品种的培育和推广带来了极大的方便[51]．黄鹂等[52]利用拟南芥ATH1基因芯片与3种不同类型的白菜不育系及其共同保持系的花蕾的mRNA进行杂交,发现各不育系与保持系的花蕾中基因表达存在巨大差异,不同类型不育系之间花蕾转录组的组成特征也有差异．由于3种不育系与保持系花蕾的差异仅表现在花粉的形成和绒毡层的发育上,而其他花器官均无差别,从而推断这些差异表达的基因可能与花粉花药的发育有关．刘冬梅等[53]用陆地棉洞A 的不育株和可育株小孢子单核早期花药进行转录组测序,获得51个激素相关差异表达基因,首次分析小孢子时期激素相关基因在转录组水平上的差异,并对其中2个关键基因进行验证,为深入研究陆地棉洞A的不育机理和挖掘关键基因奠定了基础．2.2 挖掘重要品质性状相关基因随着农作物新品种的更迭以及栽培技术的革新,我国的粮食产量已达到比较理想的水平,人均收入逐步提高的同时,人们的食物消费开始转向有营养、益健康且口感佳的方向,所以对农产品的外观品质和营养品质等要求更高．外观品质是农产品商品价值的重要指标,如水稻种子灌浆不充分、胚乳中的淀粉粒等营养物质排列疏松导致垩白,影响稻米的外观品质[54]．Chen等[55]采用RNA-Seq法,在垩白率及胚乳垩白度均低的籼稻品种PYZX和垩白率及胚乳垩白度均高的粳稻品种P02428中发现5 552个差异表达基因,与PYZX相比,P02428中表达量较高的基因有3 603个,较低的基因1 949个;而与2亲本的高垩白重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)混样相比,低垩白RIL混样中有88个基因表达量较高,623个基因表达量较低,从中分析确定33个可能与垩白相关的候选差异表达基因,为后续的基因功能验证和育种应用奠定了基础．营养品质包括淀粉及可溶糖等碳水化合物、蛋白质、脂肪酸等,不同加工用途对营养成分的要求不尽相同[56]．小麦、甘薯等是重要的淀粉类作物,利用基因差异表达技术分析淀粉合成相关的基因,对育种研究至关重要．小麦材料CB037A具有A 型(直径>10 μm)、B型(直径5～10 μm)和C型(直径<5 μm)3种淀粉粒,而PI330483仅有A型淀粉粒,Cao等[57]采用qRT-PCR法对这2份小麦材料的淀粉粒大小与AGPase大亚基、AGPase小亚基、SSⅠ、SSⅡa和SBEⅠ等淀粉合成相关基因的表达模式进行研究,发现SBEⅡa、SBEⅡb、WaxyD1和AGPase大亚基基因在2份材料中呈截然不同的表达模式．2.3 挖掘耐逆相关基因全球气候逐渐恶化,极端天气逐渐增多,其中干旱是非常普遍的现象,正考验着农业生产．Li等[58]利用基因芯片对玉米抗旱相关小RNA的基因差异表达进行分析,得到miR156、miR159、miR319等3个与抗旱相关的家族基因．Deng等[59]用差异表达的方法从耐旱玉米品系中分离到4个差异表达cDNA片段,并用实时荧光定量PCR分析这4个基因在干旱胁迫下的6个玉米近交系中的表达模式,证实候选基因在耐旱品系中呈上调表达,而在干旱敏感品系则相反．现代农业的投入逐渐加大,而农药、除草剂、化肥以及工业废弃物等各种形式的土地污染严重影响我国的粮食和其他经济作物的产出,植物功能基因的差异表达使其能最大限度地耐受逆境胁迫．Gao等[60]通过转录组测序技术获得紫花地丁镉处理与非镉处理条件下892个差异表达基因,且随机选取15个DEGs进行qRT-PCR 结果验证,为进一步研究其耐镉胁迫机制提供遗传学基础．印莉萍等[61]比较正常供铁和缺铁胁迫下铁高效型小麦(京-411)和铁低效型小麦(三属麦-3)的基因表达差异模式,获得ATP结合转运体(ATP binding cassette,ABC)的cDNA片段并进行Northern杂交,证明它的基因表达受缺铁胁迫的抑制．Kato等[62]利用基因芯片分析硝酸铵诱导下拟南芥和水稻中eIF6(eukaryotic translation initiation factor 6)基因的差异表达,发现该基因在这2种植物中呈现出不同的表达模式,表明eIF6基因在不同的物种中具有表达特异性．除了非生物胁迫外,病虫害等生物胁迫也给农业生产造成巨大的损失,所以挖掘生物胁迫应答基因，辅助选育抗病虫新品种,能有效地缓减农药的使用,增加农民收入和提高生产效率．Evers等[63]以抗马铃薯晚疫病品系Solanum phureja和感晚疫病双单倍体S. tuberosum subsp. tuberosum为材料,用差异显示mRNA法,获得与抗病性、胁迫应答、初级新陈代谢和次级新陈代谢相关的基因．2.4 挖掘与作物杂种优势相关的基因作物杂种优势是杂种后代在表型上优于亲本的现象,涉及作物病虫抗性、高产、高油以及高蛋白等多个方面．杂种优势在自然界比较普遍,但对其具体机理却知之甚少．近年来研究者试图运用基因差异表达技术揭示杂种优势的成因,并取得一定的进展．Zhao等[64]用棉花杂交种及其亲本进行杂种优势研究,发现其中差异表达基因有定量和定性的区别,定性差异是在亲本中高表达或低表达的基因在杂交种中显著高表达;而定量差异有4种基本模式,即在双亲中表达,但后代不表达(BPnF1);其中一个亲本表达,后代不表达(UPnF1);亲本均不表达,后代表达(UF1nP);双亲之一有表达,同时后代也表达(UPF1)．在亲本及其后代整个生长期叶片中观察到的基因差异表达可能是杂种优势现象的成因．Wang等[65]通过分析12个玉米近交系及其配组的33个杂交系的基因差异表达情况,发现基因在双亲及其杂种后代中均表达的模式占大多数,故杂种优势不仅与基因表达与否有关,还与基因的表达丰度有关;在玉米雌幼穗发育初期,杂交种的基因表达与双亲的基因表达差异最大;另外,某些基因在杂种中不表达，可以促进籽粒的发育并抑制幼穗中小花发育．利用基因差异表达分析技术,能挖掘新的功能基因，揭示基因的新功能等,为探究农作物的农艺性状、品质性状以及抗逆性等方面的机理机制奠定基础．随着生命科学进入后基因组时代,通过测序及功能注释将对DNA序列、基因表达通路、蛋白质结构及其互作关系等进行初步的鉴定．高通量测序技术和生物信息学的运用,结合qRT-PCR验证提高研究的准确性,也加快了该领域的研究进程．本课题组采用转录组测序技术,对比分析甘薯徐薯18和徐781的转录组信息,在一定程度上解释2种材料的淀粉含量差异和抗性差异(数据未发表),但其具体的调控机制有待进一步研究．未来,从基因差异表达分析入手获得相关功能的候选基因,采用基因编辑技术对目标基因进行敲除或降低其表达量,可逐步实现分子设计育种的目标[66-67]．*通讯作者:李强,男,研究员,博士,主要从事甘薯遗传与分子育种研究,E-mail:****************．【相关文献】[1] 吴乃虎.基因工程原理[M].2版.北京:科学出版社,1998.[2] 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基因工程在农业生产中的应用
基因工程在农业生产中的应用随着科技的不断进步，基因工程技术的发展已经在许多领域得到了应用。
其中，在农业生产中的应用也引起了广泛关注。
本文将探讨基因工程在农业生产中的实际应用情况、对农业生产的影响和前景。
一、转基因技术在农业中的应用1.转基因作物转基因作物是指将某些其他物种的DNA序列转移到植物的基因组中，以改变植物自身的一些特征和性状。
例如，可以加入某种细菌的基因，使植物产生一定程度的抗虫性。
这样的转基因植物可以从根本上解决众多的农业问题，增加农产品的产量，改善质量，进而提高农民的生活水平。
2.转基因动物除了转基因作物，基因工程技术还被应用于转基因动物。
例如，科学家们尝试着通过对家禽基因的改造，来增加它们的生产效率，从而提高家禽养殖业的效益。
此外，转基因动物还可以提高其抵抗力，防止疾病的传播和发生。
二、基因工程技术在农业中的影响1.改善农产品的品质通过基因工程技术的应用，更好地改进了植物或动物的特征和性状，增强它们对外界环境的适应能力。
这些改进不仅有助于提高农产品的产量，还可以提高农产品的质量，例如，成分、口感、味道等。
因此，农产品不仅数量上增加了，而且质量也得到了保证。
2.促进农业的发展农业作为人类经济的支柱，一直是国家之间竞争的焦点之一。
此时，基因工程技术的应用已经成为了农业升级的一个主要手段。
因为它改变了自然的方式，以更快的方式增加产量、改善农产品质量，以此来增加农民的收入，推动农业向更加现代化的转变。
3.减少农业用药量和劳动力传统农业生产方式往往需要大量的农业用药，以防止作物被虫害和物质病毒侵袭。
这种植物保护方式会对人类和环境带来一定的危害。
采用基因工程技术可以减少这些农业用药，并通过改善作物特性来避免甚至消除这些病毒和虫害问题。
采用新技术种植作物的农民可以大大减少工作量，从而提高生产效率和安全性，降低劳动力投入成本。
三、基因工程技术在农业中的前景基因工程技术的应用在农业中是一个非常具有发展前景的领域。
基因工程应用的具体例子
基因工程应用的具体例子基因工程是一门应用广泛且前景广阔的学科，通过对生物体的基因进行修改和调控，可以实现对生物体性状的改良和功能的增强。
下面将列举10个具体的基因工程应用例子。
1. 人类胚胎基因编辑人类胚胎基因编辑是一项具有潜在影响力的基因工程技术，它可以通过修改人类胚胎的遗传信息，来预防或治疗一些遗传性疾病。
例如，科学家们可以利用CRISPR-Cas9技术，修复携带遗传疾病的基因，并防止其遗传给后代。
2. 转基因作物转基因作物是指通过基因工程技术将外源基因导入植物基因组中，使其具备一些新的性状或功能。
例如，转基因作物可以抗虫害、耐旱、耐盐碱等，从而提高作物的产量和抗逆能力。
3. 基因治疗基因治疗是一种利用基因工程技术来治疗疾病的方法。
通过将正常基因导入患者体内，修复或替代缺陷基因，从而恢复患者正常的生理功能。
例如，基因治疗可以用于治疗遗传性疾病、肿瘤和免疫系统相关的疾病等。
4. 基因工程药物基因工程药物是利用基因工程技术生产的药物，它们可以通过改变患者的基因表达来治疗疾病。
例如，基因工程药物可以用于治疗癌症、糖尿病、血友病等疾病。
5. 基因工程疫苗基因工程疫苗是利用基因工程技术生产的疫苗，它们可以通过引入病原体的基因片段，激活患者的免疫系统，从而预防疾病。
例如，基因工程疫苗可以用于预防流感、乙肝、艾滋病等疾病。
6. 基因工程动物基因工程技术可以用于改造动物的基因组，使其具备人类所需要的一些性状或功能。
例如，科学家可以通过基因工程技术制造转基因小鼠模型，用于研究人类疾病的发生机制和治疗方法。
7. 基因工程显微生物基因工程技术可以用于改造微生物的遗传信息，使其具备一些新的功能。
例如，科学家可以通过基因工程技术制造转基因大肠杆菌，用于生产人类重组蛋白和药物。
8. 基因工程生物燃料基因工程技术可以用于改造植物和微生物的基因组，使其具备高效生产生物燃料的能力。
例如，科学家可以通过基因工程技术改造藻类和细菌，使其能够利用太阳能和二氧化碳合成生物燃料。
基因工程技术在植物育种中的应用研究
基因工程技术在植物育种中的应用研究随着生物技术的发展，基因工程技术已经成为现代农业中不可或缺的重要手段。
通过基因工程技术，可以针对植物疾病抗性、耐旱、耐寒等特性进行改良，进一步提高植物的产量和品质，为全球粮食安全和生态环境保护做出了重要贡献。
本文将介绍基因工程技术在植物育种中的应用研究，探讨其在未来发展中可能面临的挑战和机遇。
一、基因工程技术在植物育种中的应用研究1、转基因作物转基因作物是通过改变植物基因来提高其产量和营养价值、抵抗病虫害等特性的一种农业技术。
转基因作物在全球范围内逐渐普及，并取得了显著的经济效益。
例如，玉米、大豆、棉花、番茄等农作物都已经被转基因改良，使其耐旱、抗虫害及抗草害等特性得到了增强。
在转基因作物中，最常用的基因工程技术是植物转录因子技术，通过研究植物在不同环境下的转录因子变化，来识别并控制植物某些基因的表达，以达到种质改良的目的。
2、基因组编辑技术基因组编辑技术也是一种重要的基因工程技术，在植物育种中的应用领域也越来越广泛。
它通过引入或删除基因片段来改造植物基因组，并实现对植物特征的控制。
例如，通过应用CRISPR/Cas9技术对植物基因进行定向编辑，可以使植物产生更好的品质、更高的产量、更强的抗性等特性。
同时，这种技术还可以应用于研究植物发育、细胞分化等生物学问题。
3、遗传多样性评估遗传多样性评估是一个重要的植物育种研究方向。
它通过对产地、品种、种类等植物样本进行DNA序列分析，针对不同植物特征进行遗传多样性评估，以确定植物材料的可变性和遗传关系。
这种技术可以帮助植物育种者在固有遗传多样性的基础上，更好地把握遗传演化规律，更好地引入优良基因，实现质量提高和品种选育等目标。
二、未来的机遇与挑战尽管目前基因工程技术在植物育种中已经取得了一定的成果，但是在未来的发展中，它仍然面临着一系列挑战和机遇。
1、技术开发当前，基因工程技术在植物育种中应用依旧存在技术瓶颈。
例如，目前的基因组编辑技术虽然能够通过对基因序列进行编辑，来实现植物的遗传改良，但是在具体实施过程中，往往会引起不可预知的遗传变异和代价等问题。
转基因技术在农业中的应用研究
转基因技术在农业中的应用研究一、引言转基因技术是当代生命科学的重要组成部分，它通过改变生物体基因组的方式，可以对植物、动物和微生物进行改良，发挥其更强的生物特性。
作为一种具有重要应用价值的技术，转基因技术在农业领域得到了广泛的应用研究。
本文将从植物转基因、动物转基因以及微生物转基因三个方面，探讨转基因技术在农业中的应用研究。
二、植物转基因技术的应用研究1. 提高抗病虫害能力植物转基因技术可以通过导入具有抗病虫害基因的转基因植物，使其获得对抗害虫和病菌的能力，从而减少农作物受虫害和病害的损失。
例如，转基因水稻通过导入Bt基因，使其表达杀虫蛋白，有效抵御了水稻虫害。
2. 提高耐逆性和抗旱能力转基因技术还可以增加作物的耐逆性，使其在极端环境条件下仍能正常生长和发育。
转基因水稻通过导入HVA1基因，提高了其抗旱能力，使其在干旱环境中能够保持正常的生长状态。
3. 提高产量和品质植物转基因技术还可以通过改变植物的生长发育方式，进而提高其产量和品质。
例如，转基因玉米通过导入GRF基因，增加了玉米籽粒的数量和大小，提高了玉米的产量。
另外，转基因水果通过改变其生物合成代谢通路，可以提高水果的口感、色泽和香气。
三、动物转基因技术的应用研究1. 提高生长速度和抗疾病能力动物转基因技术可以通过导入生长相关基因或抗疾病基因，改良养殖动物的生长性能和抵抗力。
转基因猪通过导入生长激素基因，可以增加其生长速度和肌肉质量。
此外，转基因鸡通过导入抗疾病基因，提高了其对疾病的抵抗能力，减少养殖过程中的疾病风险。
2. 提高产品质量动物转基因技术还可以通过改变动物体内的代谢途径，实现对产品质量的提升。
例如，转基因奶牛通过导入乳腺特异性表达基因，可以增加乳腺细胞分泌奶中有益物质的能力，提高奶制品的质量。
3. 制造医药和生物制剂动物转基因技术在医学和制药领域具有广阔的前景。
通过导入人类特定基因，可以制造出具有医药价值的蛋白质或其他生物制剂，用于治疗疾病。
基因工程的原理与应用
基因工程的原理与应用基因工程是一门应用基因组学和分子生物学知识的科学领域，旨在改变生物体的遗传特性，为人类社会提供更多的经济和生态效益。
本文将介绍基因工程的原理以及其在农业、医药和环境保护等领域的应用。
一、基因工程的原理基因工程的核心原理是通过改变生物体DNA序列来改变其遗传特性。
主要有以下几个步骤：1. 基因的克隆：首先需要选择目标基因，并通过PCR等方法进行扩增。
然后将目标基因与载体DNA（如质粒）连接形成重组DNA，再将重组DNA转移到宿主细胞中。
2. 基因的表达：在宿主细胞中，重组DNA会被复制和转录成RNA，然后再翻译成蛋白质。
这样，目标基因的表达就实现了。
3. 基因的编辑：利用CRISPR-Cas9等技术，可以精确地编辑目标基因的DNA序列，实现精准的基因改造。
二、基因工程在农业领域的应用1. 转基因作物：通过导入抗虫、抗病、耐旱等基因，提高作物的产量和品质。
例如，转Bt基因的棉花能够抵抗棉铃虫的侵害，减少农药的使用。
2. 植物工厂：利用基因工程技术改变植物的生长特性，实现高效、节能、无害的植物生产系统。
例如，通过调控植物的光合效率和营养吸收能力，提高植物的生长速度和产量。
三、基因工程在医药领域的应用1. 基因治疗：通过将正常基因导入患者体内，修复或替代缺陷基因，以治疗遗传性疾病和某些慢性疾病。
例如，用基因工程技术治疗SCID （严重联合免疫缺陷症）等免疫系统缺陷疾病。
2. 药物生产：利用基因工程技术生产重组蛋白质药物，如胰岛素、生长激素和抗体。
这种方法比传统方法更快、更安全，并可以大规模生产药物。
四、基因工程在环境保护领域的应用1. 生物降解：通过改造微生物等生物体的基因，使其能够降解或利用污染物，达到净化环境的目的。
例如，利用基因工程技术改造的细菌可以降解石油类污染物。
2. 生物修复：利用基因工程技术改造植物和微生物，用于修复受到污染的土壤和水体。
例如，用转基因的植物吸收土壤中的重金属，或者用基因工程技术改造的微生物降解有机污染物。
基因工程举例
基因工程举例基因工程是一门综合性的学科，涉及生物学、化学、计算机科学等多个学科的知识，通过对生物体的基因进行改造和调控，以实现对生物体性状的改变和优化。
基因工程在农业、医学、生物工程等领域具有广泛的应用价值。
下面将就基因工程的相关应用举例进行介绍。
一、农业领域1. 抗病虫害转基因作物：通过基因工程技术将抗病虫害的基因导入到作物中，提高作物的抗病虫害能力，减少农药的使用，提高农作物的产量和质量。
2. 转基因植物的抗逆性增强：通过基因工程技术，将耐旱、耐盐等逆境相关基因导入植物中，提高植物的抗逆性，增加植物在恶劣环境下的生存能力。
3. 营养增强转基因作物：通过基因工程技术，对作物进行营养增强，例如将富含维生素A的基因导入到水稻中，生产出富含维生素A的金黄色稻米，解决了部分地区维生素A缺乏的问题。
二、医学领域1. 基因治疗：基因工程技术可以用于治疗一些遗传性疾病，例如囊性纤维化、血友病等。
通过将正常基因导入患者的细胞中，修复或替代缺陷基因，达到治疗的效果。
2. 肿瘤基因治疗：基因工程技术可以将抗肿瘤基因导入肿瘤细胞中，使肿瘤细胞失去增殖能力，达到治疗肿瘤的目的。
3. 个性化医学：基因工程技术可以通过对个体基因组的分析，提供个体化的医疗方案。
例如，通过分析个体基因组中与药物代谢相关的基因，可以预测个体对某种药物的反应，从而调整药物的剂量和种类，提高治疗效果。
三、生物工程领域1. 重组蛋白的生产：基因工程技术可以将人类、动物或植物的基因导入到微生物中，使其表达出特定的蛋白质，用于医药和工业上的生产。
2. 工业菌株的改造：通过基因工程技术，改造微生物的代谢途径，使其能够高效地合成目标产物，例如生物柴油、生物塑料等。
3. 生物传感器的构建：通过基因工程技术，将特定的基因导入微生物中，使其能够对环境中的特定物质产生反应，构建具有检测功能的生物传感器，用于环境监测和生物安全等领域。
四、环境保护领域1. 生物降解材料的制备：通过基因工程技术，改造微生物的代谢途径，使其能够降解一些难以降解的有机物，用于环境污染的治理。
转基因技术在植物育种中的应用
转基因技术在植物育种中的应用转基因技术是一种通过改变基因组表达方式从而实现改良或增强基因特性的技术。
在植物育种中，转基因技术被广泛应用于提高农作物的产量、改善农产品质量、增强植物抗病性等方面。
本文将探讨转基因技术在植物育种中的应用以及其对农业发展的影响。
一、1. 提高农作物产量农作物产量的提高一直是农业科技发展的根本目标之一。
利用转基因技术，可以向植物中引入具有特定功能或特性的基因，从而实现增加农作物的产量。
比如，通过将底生果树的花期向后推迟，可以使得果树在开花后更容易达到叶绿素合成的过程，从而形成更多的果实。
此外，还可以利用转基因技术增加植物的耐旱性、抗塑料性、味道等特性，以使植物更适应不同的环境。
2. 改善农产品质量除了增加产量，转基因技术还可以帮助改良农产品的质量。
在植物育种中，转基因技术能够向植物中引入特定基因，从而增加植物的有益物质含量，提高植物的营养价值。
比如，利用转基因技术将蔗糖和淀粉转化为甘油三酯，可以使大米的脂肪含量提高，从而改善大米的食感。
此外，还可以通过转基因技术改变植物中乙醛含量，提高水果的香气度和口感。
3. 增强植物抗病性植物的抗病性对农业生产起着至关重要的作用，它不仅能够改善农产品的品质，还能够减少植物病害带来的经济损失。
利用转基因技术，可以向植物中引入能够产生抗病性物质的基因，从而增强植物的抗病性，降低病害对农作物的影响。
比如，在玉米中引入一种叫作BT基因的抗虫基因，可以减少玉米的虫害，并大幅提高玉米的产量。
二、转基因技术对农业发展的影响转基因技术的应用对农业发展产生了深远的影响。
从一定程度上来说，转基因技术的应用能够推动农业生产的现代化和智能化，进一步提高农业的产值和质量。
1. 促进农业现代化在转基因技术的指引下，农业生产正逐渐从传统的劳动生产方式向现代化、智能化的生产方式转变。
通过利用转基因技术，加快物种的育种速度，实现农作物的高产、优质和高效，在一定程度上缩短了育种周期，提高了农业生产的效率和效益。
转基因技术在农作物改良中的应用
转基因技术在农作物改良中的应用转基因技术是一种基因工程技术，指人工将一个物种的基因组中的一个或多个基因移植到另一个物种的基因组中，从而改变某些特征或产生某些新功能的过程。
转基因技术已经广泛应用于医学、畜牧业、食品和工业生产等领域。
其中，在农业领域，利用转基因技术改良农作物的品种，具有重要的经济和生态意义。
一、转基因技术在农作物改良中的优势1. 提高农作物的产量和质量：通过外源基因的导入，实现对农作物的质量、口感以及抗性等性状的改良。
例如，从细菌中提取到的杀虫毒素基因，可以被插入玉米中，使得玉米获得与细菌同样的抗虫保护作用，从而更加耐受虫害，提高产量。
2. 精准的病虫害治理：通过向农作物中导入适应环境的基因，如耐干旱的基因、耐盐碱基因、耐寒基因，或者抗病毒基因等，提高作物的耐受性，从而避免或减轻因环境、病毒或虫害等因素引起的病害。
3. 保护生态平衡：转基因技术的应用能够避免或减轻对环境的影响，如减少对土地、水下面和大气的污染，加强农作物的自我保护能力，也有助于改善人类的生态环境。
二、转基因技术在农作物改良中的实践1. 高产抗蚜玉米的研发：高产抗蚜玉米是一种转基因玉米品种，它衍生于在一种杀虫毒素基因（Bt基因）的研究过程中发现的，该转基因玉米品种可以通过抗虫保护技术避免由蚜虫对作物的蚜害，提高生长速度和生产能力。
同时，它的营养成分也有所改善。
2. 抗病转基因水稻的研发：抗病转基因水稻是一种由中国科学家开发的转基因水稻，引进了一种与病菌冲突的基因，从而提高水稻对病害的抗性。
该转基因作物产量提高20-30%，3. 转基因苹果的研发：美国公司利用转基因技术开发出了一种不易氧化和感染褐变病的苹果，其产量和质量相对于标准苹果有明显的提高。
三、转基因技术在农作物改良中的争议转基因技术的广泛应用已经得到科学界的支持和政府的鼓励，但是，它也面临一些争议。
其中主要包括对环境影响、生态风险、生态系统与生物多样性的问题等。
基因技术在植物育种中的应用
基因技术在植物育种中的应用植物育种一直是农业领域的重要研究领域。
随着人口的增长和食品需求的不断增加，如何提高作物的产量和抗性成为了重要的课题。
基因技术作为现代生物技术的重要组成部分，为植物育种带来了革命性的变革。
通过基因工程技术，科学家们可以精确地编辑和改变作物的基因组，从而达到改良和优化植物特征的目的。
一、基因工程在传统育种中的应用基因工程技术在传统育种中的应用主要包括基因克隆、基因表达、基因转导和基因编辑等方面。
1. 基因克隆：通过基因克隆技术，研究人员可以获取和研究作物中具有特定功能的基因。
例如，通过克隆植物的抗病基因，可以帮助提高作物的抗病性能。
2. 基因表达：利用基因表达技术，研究人员可以将特定的基因转录成具体的蛋白质，从而探索基因的功能，并加深对植物生长、开花和抗性等方面的了解。
3. 基因转导：通过基因转导技术，研究人员可以将特定基因导入到目标植物中，从而实现特定性状的改变。
例如，通过将植物中的耐旱基因转导到其他作物中，可以提高作物的耐旱能力。
4. 基因编辑：基因编辑技术是近年来发展迅猛的一个领域，它可以精确地编辑目标基因组，包括删除、添加或修改特定的基因。
这一技术使得植物育种更加高效和精确。
二、转基因技术在植物育种中的应用转基因技术是基因工程技术在植物育种中的一个重要应用方向。
通过转基因技术，研究人员可以将外源基因导入到目标植物中，从而改变植物的性状和性能。
1. 作物的抗性提高：通过转基因技术，研究人员可以向目标作物中导入具有抗病、抗虫等特性的基因，从而提高作物的抗性。
例如，将一种具有抗虫性的细菌基因导入到作物中，可以使作物对特定虫害具有防御能力。
2. 作物的适应性改善：转基因技术可以改善作物的生长环境适应性，使其更好地适应不同的生态环境。
例如，通过导入一种耐盐基因，可以提高作物在盐碱地区的生长能力。
3. 作物的品质改良：转基因技术可以改变作物的品质特性，使其更好地满足消费者的需求。
植物生物技术在作物种质改良中的应用
植物生物技术在作物种质改良中的应用作为人类生活和生产中必不可少的生物材料，作物在人类历史上一直扮演着非常重要的角色。
但是目前，随着人口增长和资源短缺的情况日益加剧，作物生产面临着诸多挑战。
为了提高作物的产量和品质，目前已经出现了一系列的作物改良技术，其中植物生物技术也逐渐成为了作物种质改良的重要手段之一。
植物生物技术是利用植物细胞、组织、器官或整个植株为材料，通过某种物理、化学或生物学手段来改变植物性状的新技术。
其中尤以基因工程技术最受关注。
基因工程技术能够精准地将特定的基因插入到目标生物的基因组中，从而实现特定性状的改良。
目前，植物生物技术已经在作物种质改良中得到了广泛应用，下面将重点介绍几种应用形式：一、转基因作物转基因作物是利用基因工程技术从其他物种中引进有益基因，将其插入到目标作物的基因组中，以获得一系列新的性状或改善原有的缺陷。
例如，转基因水稻通过插入抗病、抗虫、耐盐、耐旱等基因，大幅度提高了其产量和抗逆性。
目前，世界上已经有大量的转基因作物得到批准，其中以转基因玉米、转基因大豆和转基因棉花最为常见。
二、基因编辑技术除了转基因技术，基因编辑技术也能够实现植物性状的改良。
基因编辑技术是利用特定酶对目标DNA序列进行切割或修复，进而实现对基因组的精确编辑。
例如，利用CRISPR-Cas9技术，研究人员已经成功地打造出了多种基因编辑的作物，如基因缺失小麦和基因靶向水稻。
三、病毒诱变病毒诱变是一种通过利用病毒或其他诱变剂来诱发植物基因突变的方法。
通过植物病毒感染，可以诱发植物基因组中某些基因的点突变或插入缺失。
与基因编辑技术不同的是，病毒诱变并不是对特定基因进行编辑，而是在植物基因组上随机产生变异。
这种方法适用于一些复杂性状的改良，例如色素合成和花型形态等。
但是最终得到的变异体需要进行一系列后代筛选和鉴定工作，才能确保其性状的稳定性和可靠性。
四、组织培养和遗传育种除了转基因技术和基因编辑技术，组织培养和遗传育种也是植物生物技术应用于作物种质改良的重要手段。
转基因植物的研究与应用
植物转基因技术及其应用摘要:综合介绍了植物转基因的主要技术与其在各个领域的主要应用；对转基因植物的安全性进行了一些讨论，并对植物转基因技术的发展前景进行了展望。
自1983 年第一株转基因植物问世以来,转基因植物的研究和应用在世界各国蓬勃开展。
所谓转基因植物就是植物细胞或组织经遗传转化后,进行组织培养长出愈伤组织,再经诱导所分化出来的完整植株。
转基因可以使优良的生物基因在不同种生物之间进行交流, 从而弥补单一生物种类中的遗传资源不足,丰富种质库。
转基因植物的研究在目前的生物技术领域中最为活跃,具有十分广泛的应用前景。
1. 植物转基因技术1.1 土壤农杆菌介导转化技术革兰氏阴性菌根瘤农杆菌是一种植物病原菌,通常只能感染双子叶植物的受伤部位。
农杆菌携带一种称为Ti 的质粒,该质粒含有一段NDA ,称T-DNA(transfer-DNA) ,它能转移并整合到植物组织中,并导致冠瘿瘤的形成。
不含有Ti 质粒的土壤农杆菌不能诱导冠瘿瘤产生。
利用Ti 质粒对植物进行遗传转化的最基本方法是将目的DNA 片段插入T-DNA 区,然后通过土壤农杆菌和Ti 质粒将其送入受体植物并整合到植物细胞的基因组内,使之得到遗传转化。
2 土壤农杆菌介导的基因转移是目前最常用的获得转基因植物的方法。
由于近几年来在载体系统和转化方法上的不断完善,土壤农杆菌介导的基因转移不仅局限于其天然寄主双子叶植物范围内,在转化水稻、玉米和小麦等单子叶植物上也取得了重大的突破。
例如,Ishida 等1996 年在玉米上获得了 5 %～30 %的转化率,Hiei 等1994年在水稻上获得了29 % 的转化率。
就目前的情况看,土壤农杆菌介导的基因转化关键在于找到合适的组织培养和再生技术。
1.2基因枪技术由于土壤农杆菌转化技术在单子叶植物上的局限性,目前,多数研究者倾向于使用基因枪技术对单子叶植物进行转化。
基因枪技术1987 年由Sanford 等人发明,是目前最有前途的植物DNA 转移系统之一。
RNAi技术在转基因农作物中的应用
RNAi技术在转基因农作物中的应用随着全球人口的增长和环境的变化，食物安全和农业可持续性成为全球关注的话题。
转基因技术带来了新的机遇和挑战，其中RNA干涉技术（RNAi）成为了转基因农作物研究的热点之一。
RNAi技术是通过RNA分子靶向破坏基因表达而实现基因沉默的一种技术。
在植物中，RNAi技术可以用于产生抗虫、抗病、提高产量、改善品质等方面的转基因农作物。
一、抗虫转基因农作物许多昆虫会通过进食植物来获取营养，然而一些昆虫会摄入植物中的毒素而死亡。
转基因技术可以利用RNAi技术来生产这些毒素，从而让植物本身具备抗虫能力。
例如，棉花一直是重要的经济作物之一，但由于棉铃虫的侵袭而导致了巨大的损失。
科学家通过RNAi技术把棉铃虫的RNA适配体（RNAi的关键组件之一）合成到了棉花中，从而通过RNA 干扰的效应来杀死棉铃虫。
二、抗病转基因农作物RNAi技术也可以用来产生抗病转基因农作物。
例如，在早熟禾中，许多病毒的基因组是由RNA分子组成的。
科学家通过RNAi技术来干扰病毒RNA分子的复制和转录，从而让早熟禾对某些病毒具有抵抗力。
同样地，水稻条斑病是导致水稻减产和品质降低的一个主要病害。
科学家通过RNAi技术来抑制病原菌在水稻中的生长和繁殖，从而让水稻对条斑病具有抵抗力。
三、提高产量、改善品质的转基因农作物除了利用RNAi技术产生抗病、抗虫转基因农作物，RNAi技术也可以提高产量、改善品质。
例如，水稻是全球最重要的粮食作物之一，但其稻谷中含有过量的淀粉和过少的这一丝质质量很低。
科学家通过RNAi技术来抑制淀粉合成的关键基因，从而让水稻籽粒拥有更多的这一丝质和更少的淀粉，从而提高了水稻的营养价值。
同样的，苹果、巧克力等作物也可以通过RNAi技术创造有更好的口感和更高的营养价值。
总的来说，RNAi技术在转基因农作物的研究中具有巨大的潜力。
在保证食品安全的前提下，RNAi技术可以用于生产更加健康，更加高产的农作物，以满足不断增长的人口需求和环境挑战。
基因工程在农业中的应用
基因工程在农业中的应用基因工程是一种通过改变生物体的基因组结构，来获取特定性状的技术。
在农业领域，基因工程技术可以用于提高作物的产量、抗病虫害、改善品质等方面。
本文将从这些方面详细探讨基因工程在农业中的应用。
一、提高作物的产量1. 基因工程技术可以通过引入特定的基因，使作物在生长过程中能更高效地吸收和利用养分。
例如，转基因水稻通过转入特定的基因，可以增加其对氮肥的吸收利用率，从而提高水稻的产量。
2. 通过调控植物生长发育的关键基因，可以使作物在生长过程中更快、更健壮地生长，从而提高产量。
比如，通过调控水稻的生长素合成关键基因，可以使水稻植株更加茂盛，增加穗粒数量和单株产量。
二、抗病虫害1. 利用基因工程技术，可以向作物中导入具有抗病虫害性状的基因，从而增强作物的抗病虫害能力。
例如，转基因玉米可以通过转入抗病毒基因，有效抵抗病毒的感染。
2. 通过调节植物的防御基因表达，可以增强作物对病虫害的抵抗能力。
比如，转基因大豆通过转入抗虫基因，激活自身的抗虫基因表达，提高对害虫的抵抗能力。
三、改善作物品质1. 基因工程技术可以通过调控作物中特定基因的表达水平，来改善作物的品质。
例如，通过调控番茄中乙烯合成的关键基因，可以使番茄成熟过程中更多地积累番茄红素，提高其口感和营养价值。
2. 通过转入特定基因，可以使作物具有更长的保鲜期和更好的商品性状。
比如，转基因苹果通过转入延缓果实褐化的基因，可以延长苹果的保鲜期，降低果实褐化速度。
综上所述，基因工程技术在农业领域的应用非常广泛，可以通过提高作物的产量、抗病虫害、改善品质等方面来提高农产品的生产效益和质量。
然而，基因工程技术的应用还面临一些挑战和争议，如转基因食品安全性等问题，需要进一步的研究和监管。
希望未来基因工程技术的发展能够更好地为农业生产和粮食安全做出贡献。
转基因技术及其在植物育种中的应用
转基因技术及其在植物育种中的应用一、概述从70年代重组DNA技术创建，到1983年第一株转基因烟草获得以来，国际上对转基因作物就存在着截然不同的观点：接受？抵制？随着技术日趋成熟，转基因作物由实验室进人大田中试，不少作物已向商品化发展。
与此同时，转基因作物的生态风险，可能带来的环境问题、转基因产品作为食品对人体健康问题、产品贴标签问题、运输问题、国际贸易问题、知识产权问题等已引起世界性的所谓“生物安全”的论战。
转基因技术实际上已由学术观点分歧，发展到知识产权问题、环境问题、经济问题甚至政治问题二、什么是转基因技术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）。
又名"遗传工程"、"基因工程"、"遗传转化"。
三、几种常用的植物转基因方法遗传转化的方法按其是否需要通过组织培养、再生植株可分成两大类，第一类需要通过组织培养再生植株，常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法；另一类方法不需要通过组织培养，目前比较成熟的主要有花粉管通道法，花粉管通道法是中国科学家提出的。
1．农杆菌介导转化法农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。
根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。
因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。
人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。
农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，自从技术瓶颈被打破之后，农杆菌介导转化在单子叶植物中也得到了广泛应用，其中水稻已经被当作模式植物进行研究。
植物生物技术及其在作物改良中的应用
植物生物技术及其在作物改良中的应用植物生物技术是将现代生物技术应用于植物学领域的一种新兴技术。
它包括基因编辑、基因工程、组织培养、遗传改造等手段，是现代植物育种领域的重要工具。
通过植物生物技术，人们可以实现对作物基因的精准编辑和修饰，提高作物的产量和抗逆性，从而为全球的粮食安全和可持续发展作出贡献。
一、基因编辑技术基因编辑技术是指利用CRISPR-Cas9和其他工具，针对目标基因进行高效、精确的编辑和修饰。
这种技术比起传统的基因工程技术更具有优势，因为传统的基因工程技术是利用外源的DNA序列将目标基因替换为其他基因或进行插入，这种方法可能会引起非特异性的基因组改变和无法预测的生物学变化，而基因编辑技术可以直接切割目标基因的特定位置，实现精准的改变。
基因编辑技术在作物改良中的应用广泛。
例如，利用基因编辑技术，可以将目标基因的功能进行改变，从而增强作物的抗病能力和逆境适应能力。
同时，基因编辑技术还可以帮助我们发现新的基因，挖掘潜在的作物性状，为下一步的作物育种提供更多的工具和思路。
二、基因工程技术基因工程技术是利用非自然的方法将外源DNA序列导入到作物细胞中，从而改变目标基因的表达或功能。
这种方法被广泛应用于作物育种中，尤其是转基因技术。
转基因技术是一种利用外源基因将人工设计的新功能加入到作物中的方法，这种方法可以大幅度提高作物的产量和抗性。
基因工程技术在作物改良中的应用也很广泛。
例如，在转基因技术中，人们可以将自然界中其他植物的优良性状导入到目标作物中，从而实现作物的快速改良。
此外，基因工程技术还可以用于生产特定的生物产物和药物，为人类的健康和福利做出贡献。
三、组织培养技术组织培养技术是指将植物细胞或组织放入含有特定营养物质和激素的培养基中，通过体外培养实现有效的生长和繁殖。
这种方法可以在短时间内产生大量的植物材料，并可以实现遗传改造和种质资源保护等目的。
组织培养技术在作物改良中的应用也很广泛。
例如，通过组织培养技术，可以实现无性繁殖，快速繁殖优良种质资源，为下一步的作物育种提供可靠的材料基础。
植物基因转变技术的研究与应用
植物基因转变技术的研究与应用第一章：引言植物基因转变技术是指利用生物工程的手段，对植物基因进行改造和转变的科学方法。
它能够通过选择性地引入外源基因或改造内源基因，使植物获得新的性状或改善现有性状，从而应对环境压力、提高产量和质量等。
本文旨在对植物基因转变技术的研究与应用进行深入探讨。
第二章：植物基因转变技术的研究方法2.1 基因传递方式植物基因转变技术常用的传递方式包括农杆菌介导的转化、基因枪法和电击法等。
农杆菌介导的转化是较常用的方法，通过利用农杆菌及其质粒将外源基因导入到植物细胞中。
基因枪法是将外源基因包裹在微小金属颗粒上，通过高速撞击的方式将基因引入到植物细胞中。
电击法则是利用电场脉冲使植物细胞膜通透性增加，以便外源基因能够进入细胞。
2.2 基因的选择和构建基因的选择是植物基因转变技术中的重要步骤。
常用的外源基因包括抗病基因、抗虫基因、抗逆基因和营养改良基因等。
构建外源基因则需要将目标基因与适当的调控序列组合，并经过人工合成或进行PCR扩增，最终构建出能够在转基因植物中进行表达的基因。
第三章：植物基因转变技术的应用3.1 抗病基因的导入通过转基因技术将抗病基因导入到植物中，能够提高植物的抗病能力。
例如，在水稻中导入水稻白叶枯病的抗性基因Xa21，能够显著提高水稻对白叶枯病的抗性，从而实现重要农作物的病害防控。
3.2 抗虫基因的导入抗虫基因的导入能够有效降低植物受虫害的损失，并减少对化学农药的依赖。
例如，通过导入杀虫蛋白基因Bt基因到作物中，可以使作物在遭受害虫攻击时产生抗虫蛋白，从而实现对害虫的有效防控。
3.3 抗逆基因的导入逆境胁迫对植物的生长和产量产生严重影响。
通过导入抗逆基因，可以增强植物的抵抗逆境胁迫的能力。
例如，在水稻中导入轮播麦作为转基因水稻的耐旱基因，能够显著提高转基因水稻的耐旱能力，并增加其产量。
3.4 营养改良基因的导入通过导入营养改良基因，可以增加植物对营养元素的吸收和利用效率，从而提高作物的产量和品质。
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植物基因组中基因表达调控的机制及其在转
基因作物中的应用
随着人口的不断增长和社会需求的不断提高，粮食生产压力也越来越大。
转基
因作物是当代生命科学领域的热门研究话题之一，其应用能够提高粮食产量、改善粮食质量、减少产业用水等方面。
然而，如何准确地调控转基因作物中的基因表达，仍然是一个待解决的难题。
为了更好地理解植物基因组中基因表达调控的机制，以及在转基因作物中的应用，本文将从以下几个方面进行论述。
一、植物基因组中基因表达调控的机制
1. DNA甲基化
DNA甲基化是常见的基因表达调控机制之一。
通过在DNA分子中加入甲基基团，可以阻止转录因子与DNA结合，从而抑制基因的表达。
此外，DNA甲基化还对基因的转录起到了一定的保护作用，使某些转座子活性降低，从而减少基因突变的概率。
2. 染色质修饰
染色质修饰是调控基因表达的另一种机制。
通过甲基化、戊二酸和乙酰化等方式，可以改变染色质的结构和紧密程度，从而影响染色质上的基因的可读性。
例如，甲基化和戊二酸化会使染色质更为紧密，从而抑制基因的表达；而H3和H4组蛋
白的乙酰化会导致染色质松弛，从而促进基因的表达。
3. RNA后勤作用
在RNA后勤作用中，蛋白质和RNA相互作用，从而影响RNA的运输、稳定性、翻译或降解。
通过改变RNA后勤作用，可以调控基因表达。
例如，某些RNA
结合蛋白在RNA分解过程中具有保护作用，而另一些RNA结合蛋白可以识别RNA转运子并协助RNA被导入到相应的位置。
二、转基因作物中的基因调控
基于对植物基因组中基因表达调控机制的理解，科学家们可以更好地控制转基因作物中的基因表达，从而实现各种目的。
1. 抗虫防病
许多转基因作物表现出了抗虫防病的特性。
例如，通过从一种耐疾病植物中大量表达耐疾病基因，可以获得抗病转基因作物。
此外，一些转基因作物表现出了强烈的抗虫能力。
例如，通过从大肚牛蛾中提取必需的毒素，并将其置入作物的基因组中，可以使作物具有抗虫的能力。
2. 增加抗旱性
转基因作物的另一个主要目标是增加其抗旱能力。
常用的策略是在基因组中加入抗旱基因。
例如，从夜缀草中提取的P5CDH基因与ATDH基因可使拟南芥和马铃薯表现出较强的抗旱性能。
3. 提高产量
许多转基因作物表现出了显著的增产特性。
例如，通过加入一定量的产量相关基因，如可溶性糖的合成酶基因、独苗糖醇合成酶基因和赤霉素合成酶基因等，可以获得高产转基因作物。
三、结论
总的来说，植物基因组中基因表达调控机制的研究对转基因作物的开发和生产都具有重要意义。
科学家可以通过了解这些机制，手动调整某些基因和蛋白质的表达，以改善作物的质量和产量，并增强其特殊性能。
随着科技水平的不断提高，转
基因作物将会在农业生产中发挥越来越重要的作用，为满足全球日益增长的食品需求作出巨大贡献。