转基因植物的遗传特性与表达调控
转基因植物的检测鉴定方法、遗传转化技术及新技术
PCR检测
• PCR是在体外快速特异地扩增目的基因DNA片段 的有效方法。能在几小时内使pg水平的起始物达 到ng水平,扩增产物经琼脂糖凝胶电泳,溴化乙锭 染色后很容易观察,不通过杂交分析就可以鉴定出 基因组中的一些顺序。
• 但由于PCR扩增十分灵敏，有时会出现假阳性扩 增，因而对外源基因是否整合需要进行扩增产物 的Southern杂交。
＊已获得专利许可
42
Site-specific recombinasemediated transgene excision
loxP
Cre
Transgene
loxP
loxP
Cre
Transgene
llooxP
loxP
43
外源基因去除（Gene-deletor)
• “外源基因去除”技术的要点之一是在目标植 物中加入了受DNA调空片段启动子控制的特殊基 因，该基因在启动子的作用下，可根据科学家的 意愿，在需要的时间和部位将外源基因和自身从 转基因植物中切掉，从而使转基因作物的花粉、 种子、果实不再含有外来基因，或将外来基因从 人们所需食用的部分（如植物的茎、叶、块茎） 彻底清除掉，达到用转基因作物生产出非转基因 食品的目的，从根本上解决了长期困扰人们的转 基因植物基因扩散问题和转基因食品的安全性问 题。
ATP
dsRNA
siRNA
蛋白复合物
RISC
靶 正义链
40
mRNA
3、无选择标记转化
• 可消除选择标记基因对转基因作物安全性 方面的影响
• 可消除选择标记基因对重复多基因转化叠 加所带来的困难
41
marker-free转基因植株
• 共转化法＊(基因枪与农杆菌转化) • 转座元法 • 重组酶法＊ • MAT(Multi-auto transformation)法＊ • 替代法＊
《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
01
02
03
04
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
植物生物技术
植物生物技术植物生物技术是指利用生物学原理和技术手段改良和利用植物的过程。
它是一门综合性学科，涉及到多个领域，如植物遗传和育种、植物病理学、植物组织培养等。
随着现代科学和技术的发展，植物生物技术在农业、环境保护、药物开发等方面发挥着重要作用。
一、植物遗传和育种植物遗传和育种是植物生物技术的重要组成部分。
通过研究植物的遗传特性和进行交配配对，可以改良和培育出具有良好性状的新品种。
传统的育种方法需要耗费大量时间和人力物力，而现代植物生物技术可以加速这一过程。
例如，基因编辑技术可以直接对植物基因进行修饰，并在短时间内获得具有特定性状的植物。
二、转基因技术转基因技术是植物生物技术中的关键技术之一。
通过将外源基因导入植物基因组中，可以使植物获得新的性状或提高原有性状的表达水平。
转基因技术在植物抗病虫害、耐逆性等方面具有很大的应用潜力。
例如，转基因作物的广泛应用已经在解决粮食安全和改善人类营养方面发挥了重要作用。
三、植物组织培养植物组织培养是一种通过体外培养植物组织和细胞，利用组织再生和植物再生技术繁殖新的植株的方法。
植物组织培养在植物繁殖、病毒检测和植物育种等方面具有广泛应用。
通过植物组织培养技术，可以大量复制和保存珍稀植物品种，加速育种进程，并进行植物病毒检测以保护农作物安全。
四、基因组学基因组学是研究植物基因组中基因的组成、结构、功能和相互关系的学科。
通过对植物基因组的研究，可以揭示植物的遗传特性和基因组演化的规律，为植物生物技术的应用提供理论基础。
此外，基因组学还促进了基因工程和转基因研究的发展，推动了植物领域的科学进步和技术创新。
五、植物生理学植物生理学研究植物的生理过程和调控机制。
通过研究植物的生长发育、内外环境对植物的影响以及植物内部代谢过程，可以提高作物产量和品质，改善植物的抗逆性。
植物生理学与植物生物技术的结合，不仅可以为作物育种提供理论指导，还可以通过调控植物生理过程来提高植物的综合利用价值。
植物分子生物学利用分子生物学技术手段研究植物分子遗传学和基因组学的学科
植物分子生物学利用分子生物学技术手段研究植物分子遗传学和基因组学的学科植物分子生物学是一门综合多学科的研究领域，通过应用分子生物学技术手段来探索植物的分子遗传学和基因组学。
该学科涉及了许多关键概念和方法，包括DNA克隆、基因表达调控、基因组学、转基因技术以及分子标记等。
通过这些手段的应用，植物分子生物学研究可以进一步深化对植物基因功能、调控网络和进化等方面的理解，推动改良和创新植物育种，以应对全球食品安全和环境挑战。
一、DNA克隆DNA克隆是植物分子生物学研究的核心技术之一。
它是将感兴趣的DNA片段从一个来源复制并插入到宿主植物细胞中的过程。
常用的DNA克隆技术包括限制性内切酶切割、DNA连接、转化和筛选等步骤。
通过DNA克隆，研究人员可以获取大量特定DNA片段以及有关植物基因的信息。
二、基因表达调控基因表达调控是植物分子生物学研究中的另一个重要方面。
植物基因表达调控的过程涉及多种调控因子和信号通路。
植物中的基因表达不仅仅依赖于基因本身的序列，还受到一系列转录因子、启动子和增强子的作用。
通过分析基因在植物不同组织和环境条件下的表达模式，研究人员可以深入了解基因调控网络的运作机制。
三、基因组学基因组学是植物分子生物学研究的重要分支，它研究植物的基因组结构和功能。
随着高通量测序技术的发展，植物基因组的测序速度和精确度大幅提高。
通过对植物基因组的比较和分析，研究人员可以揭示不同物种间的遗传变异，以及基因组在进化过程中的改变。
同时，基因组学也为植物育种和遗传改良提供了重要的理论支持。
四、转基因技术转基因技术是植物分子生物学研究的重要手段之一。
它通过引入外源基因或抑制内源基因的表达，改变植物的遗传特性。
转基因技术在植物育种中起到了重要的作用，例如提高作物的抗虫性、耐逆性和产量等。
然而，转基因技术也面临伦理和环境安全等问题，需要权衡利弊进行应用。
五、分子标记分子标记是植物分子生物学研究中常用的工具。
它是一种与植物基因或DNA序列有关的分子标记，可以用来鉴定特定基因型或进行基因组遗传分析。
转基因植物
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。
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）：
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-
转基因植物的遗传特性与表达调控
（4）从头甲基化与沉默机制 A 植物对外源DNA的基因免疫诱导反应； B DNA-DNA配对诱导； C DNA-DNA互作诱导。
4. 克服转基因沉默的策略
(1) 转基因的选择： （2）启动子的选择； （3）利用组织和发育特异性作用的增强子 （4）利用MAR序列； （5）利用位置特异性重组系统； （6）选择单拷贝的转化体。
E 交叉相连的DNA链经旋转形成Holliday中间体； F Holliday中间体分枝迁移数个碱基后，另一条链再断裂并与对方的 断裂链重组，这时就完成重组，实现了交换。
（3）位点特异性重组在转基因整合遗传特性研究中的应用
A 控制转基因整合的拷贝数；
B 可导入多个基因进入植物基因组； C 使目标基因重排；
在44个转KM抗性基因的烟草中，通过转基因植株自交、转化与非转化杂 交、转化株杂交进行分析，发现35个无性系包含一个单位点插入KM抗性基 因，其余5个为两位点插入，且观察到双位点插入导致自交后代中出现隐形 致死突变。 多基因转化植株后代分离规律与其整合特性密切相关，多基因连锁形式整 合到一个位点，其符合单基因的孟德尔式分离规律；如分别整合到不同位点， 那么每个基因的分离符合孟德尔式规律，各个基因间不影响。
（2）转录水平的基因沉默 A 转基因及其启动子甲基化； B多拷贝重复基因序列引起的转录水平基因沉默； C 同源基因间的反式失活； D 转基因位置效应引起的转基因沉默； E 染色体包装对转基因沉默的影响； F 后成修饰作用导致转基因沉默。
（3）转录后水平的转基因沉默
A 生化开关模型；
B 异常RNA模型；
当两个loxP基因座方向相同，Cre介导的反应造成loxP基因座之间的 DNA被删除，loxP基因座方向相反，Cre介导使两端携带loxP的片段发 生倒位，如果loxP 不在同一DNA分子，如一个在质粒上，另一个在染 色体上，那么Cre酶可使质粒DNA整合到染色体loxP所在位置，实现定 点重组。
转基因植物的遗传特性与表达调控
3、转化后整合位点的DNA结构变化
保持整合外源基因的完整性是实现转基因功能表达的基本条件，外源
基因整合后的完整性与其结构变化有关，现已明确，外源基因作为侵入 者的整合，会引起不同程度的基因重排，涉及缺失、异位、倒位及重复 等一系列现象。这主要与细胞本身的重复和修复功能有关。
Mayerhofer等（1991）和Gheysen等（1991）对15个独立的T-DNA插 入进行了研究，提出了外源DNA整合模型， 他们认为： （1）T-DNA的插入不会引起植物DNA大的重排，但在T-DNA的两侧各出 现了一个158bp的正向重复序列，且多数插入会导致靶位点处小的缺失， 最多79个核苷酸； （2）在T-DNA和植物DNA连接处常有几个至33个核苷酸的填充DNA， 这些填充序列与靠近连接处的植物DNA序列相似； （3）在靶位点处不要求有特异的序列，但若T-DNA两端与植物靶位点之 间有一段短序列（5-10bp）同源，则可能对T-DNA整合进植物基因组其 作用。
（2）整合拷贝数：许多研究表明，外源DNA的插入拷贝数有以下几种：单 拷贝单位点插入；串联多拷贝单位点插入；多拷贝多位点插入，多数情况 是以单拷贝在单位点整合，但在同一位点，也存在较多的多个拷贝串联整 合的情况。形式为头对尾式串联和头对头式串联。农杆菌转化和基因直接 转化整合拷贝数存在差异，前者拷贝数少，整合位点特异性强。
此外，插入植物染色体的外源DNA大小是有限制的，如油菜插入外源 DNA为5-6Kb，烟草中最大可达9Kb，但频率较低。
4、转化方法对整合外源基因结构的影响
尽管转化方法较多，但外源DNA以两种分子形式转化，一种是外源 DNA插入T-DNA质粒载体中导入；另一种是裸露的DNA分子直接导入， 由于转化原理不同，因此与整合后的外源DNA结构必然存在直接关系。 （1）T-DNA转化的外源DNA结构变化
植物遗传转化中存在的问题与对策
植物遗传转化中存在的问题与对策大家好，今天我们来聊聊植物遗传转化这个话题。
我们得明确一点，植物遗传转化可不是什么高深莫测的科学，而是咱们生活中常见的一件事情。
就像你把苹果切成小块，然后用勺子舀起来吃一样简单。
那么，植物遗传转化中到底存在哪些问题呢？又有哪些对策可以解决这些问题呢？接下来，我们就一起来探讨一下吧！我们来看看植物遗传转化中存在的问题。
其实，这个问题还是挺复杂的，因为涉及到很多生物学的知识。
但是，为了咱们能够更好地理解这个问题，我还是尽量用简单易懂的语言来给大家讲解。
第一个问题，就是如何找到合适的亲本和目标基因。
在咱们日常生活中，你可能会遇到这样的情况：你想要把苹果切成橙子的味道，但是你没有合适的苹果和橙子作为亲本。
这时候，你就需要去寻找那些既有苹果基因又有橙子基因的作物。
同样地，在植物遗传转化中，你需要找到那些既有你要转化的目标基因又有能够表达这个基因的受体细胞的亲本。
这可不是一件容易的事情，需要咱们花费大量的时间和精力去研究。
第二个问题，就是如何将目标基因有效地转移到受体细胞中。
这就像是把苹果切成橙子的味道，你不能只把苹果的果肉切下来，还要把果皮、种子等都切掉才行。
同样地，在植物遗传转化中，你不能只把目标基因切下来，还要想办法让它进入到受体细胞中，并且能够在受体细胞里正常地发挥作用。
这也是植物遗传转化中的一个难题。
第三个问题，就是如何确保转移后的受体细胞能够稳定地表达目标基因。
这就像是把苹果切成橙子的味道之后，你还需要把橙子的果皮、种子等都切掉，才能让橙子真正变成橙子的味道。
同样地，在植物遗传转化中，你还需要确保转移后的受体细胞能够稳定地表达目标基因，否则你还是无法得到想要的结果。
那么，面对这些问题，咱们又有哪些对策可以解决呢？下面，我就给大家分享一些解决方案。
对于第一个问题，我们可以通过转基因技术来解决。
转基因技术就像是给你提供了一个现成的苹果和橙子，你可以直接拿来用，而不需要自己去寻找。
转基因作物的优点与争议
转基因作物的优点与争议随着科技的不断进步，人类对于自然的探索和改造也愈加深入，其中“转基因技术”也成为近年来备受关注的热门话题。
转基因作物是指在植物基因中加入外来基因，使其获得新的性状或改善原有性状的植物。
这些被修改过的作物不仅具有一些显而易见的优点，也引发了一系列的争议。
一、转基因作物的优点1. 增加作物产量和质量转基因作物能够通过调整基因表达来增强作物的产量和品质。
比如在转基因玉米中加入了一些抗虫、抗病基因，使得玉米能够更好地进行自我保护，从而减少作物的损失。
同时，在生产过程中还可以通过转基因技术改变植物的生长周期和成熟时间，使得作物生长更加稳定，在保证产量的同时还能大幅提高品质。
2. 对环境的保护在转基因作物的培育过程中，一些抗病、抗虫的基因的引入，能够优化化学农药的使用，减少其对于环境的污染。
同时，部分转基因植物的生长速度也得到了些许的改善，能够有效防止土壤侵蚀，减轻对于生态的影响。
3. 根据市场需要加强作物营养成分在许多国家，蔬菜和水果的保鲜期很短，而局部地区需要使用很大量的有机农药。
由于在转基因食物中增强了对维生素含量，这些作物会更加耐放。
另外，加强蔬菜营养成分也是一种市场需求，充分考虑消费者的利益是很有必要的。
二、转基因作物的争议1. 问题基因的存在转基因植物的创作过程中还存在着一些问题，即使是经过多次筛选的种子，也可能会存在部分异常基因的遗传。
比如在基因修饰过程中，可能会对正常植物基因产生影响，导致这些植物失去了一些正常的功能和特性，由此导致了对食品的食用安全性问题。
2. 对于自然的过度干预不少人认为，转基因技术违背了自然界的规律，对于生物和环境的创伤是非常难以修复的。
可能会导致一些植物品种的演化被打断，对于植物的遗传造成损害，使其失去了应有的自然特性。
3. 转基因作物的监管和管理问题如果对于转基因作物缺乏切实的监管和管理制度，可能会造成对于消费者和环境的伤害。
一些转基因作物的市场销售存在着不透明的渠道，导致消费者对于食品的质量难以保障。
第十七章 转基因技术
第17章 转基因技术与作物育种
转基因植株中CryIAc基因的Southern鉴定
Southern assay of CryIAc in putative transgenic plants
第17章 转基因技术与作物育种
特异性PCR检测外源基因整合到受体
第17章 转基因技术与作物育种
(2) 转录水平的鉴定
第十七章 转基因技术与作物育种
第17章 转基因技术与作物育种
第17章 转基因技术与作物育种
作物转基因育种：根据育种目标，从供体生物 中分离目的基因，经DNA重组与遗传转化或直接 运载进入受体作物，经过筛选获得稳定表达的 遗传工程体，在经过田间试验与大田选择育成 转基因新品种或种质资源。 转基因作物（GMC，genetically modified crops）
1.根据基因表达的产物—蛋白进行基因克隆 主要步骤如下： 分离蛋白质 明确氨基酸序列 推导核苷酸序列 人工合成
利用这种方法人类首次人工合成了胰岛素基因。 虽然在早期采用这种方式已经成功地克隆了许多基因。 局限性：兼并密码子 效率低 未知基因及产物
第17章 转基因技术与作物育种
2.从基因组DNA或mRNA序列克隆基因
常用的方法 Northern杂交（标记的RNA为探针对总RNA杂交） RT-PCR 检测
mRNA cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱNA PCR
第17章 转基因技术与作物育种
Northern杂交
Event
1 2 3 4 1 2 3 4
转座子DNA探针
插入突变体
鉴A探针
完整目的基因技术与作物育种
(5)差异显示法 在生物个体发育不同阶段，或不同的组织与细胞 中或不同环境下，基因表达差异。即不同基因有序的时空表达方式， 叫做基因的差异表达。差异显示PCR(differential displayPCR,DD-PCR)是指通过对来源特定组织类型的总mRNA进行PCR扩增、 电泳，并找出待测组织和对照之间的特异扩增条带。
植物遗传学中的基因表达调控
植物遗传学中的基因表达调控植物遗传学研究了植物基因的遗传传递和表达，其中基因表达调控是一个重要的研究方向。
在植物生长和发育过程中，基因表达的调控决定了植物形态、生理和生物化学特性的形成和表现。
本文将探讨植物遗传学中基因表达调控的一些重要机制和应用。
一、转录调控转录调控是基因表达调控的关键步骤之一。
它主要通过转录因子与DNA结合来调控基因的转录过程。
转录因子是一类能够结合到DNA特定区域的蛋白质，它们可以激活或抑制目标基因的转录。
在植物中，转录因子家族非常庞大，包括包括MYB、WRKY、bHLH等。
这些转录因子通过结合到基因调控区域的启动子或增强子上，招募其他调控因子和RNA聚合酶，从而影响基因的转录水平。
二、RNA后转录调控除了转录调控，RNA后转录调控也在植物基因表达调控中占有重要地位。
RNA后转录调控主要通过非编码RNA（ncRNA）以及RNA剪接、RNA编辑和RNA稳定性调控等方式实现。
ncRNA是一类不能编码蛋白质的RNA分子，它可以直接或间接地参与调节基因的表达。
除了ncRNA，RNA剪接也是基因表达调控的重要环节。
RNA剪接是指预mRNA在转录后剪接过程中选择性地去除部分内含子，使得不同转录体的形成和表达。
这种机制可以增强基因的多样性和调控度。
此外，RNA编辑和RNA稳定性调控也对基因表达的调控起到重要作用。
三、表观遗传调控除了转录调控和RNA后转录调控，表观遗传调控也是植物基因表达调控的重要机制之一。
表观遗传调控主要通过DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等方式对基因的可及性和表达进行调控。
DNA甲基化是指DNA分子上的甲基基团结合到甲基化位点的过程，它常常与基因的沉默和抑制相关。
另外，组蛋白修饰也是植物基因表达调控中的重要机制。
组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化等，它们可以调节染色质的松弛和紧缩状态，从而影响基因的可及性和表达。
此外，染色质重塑也可以通过改变染色质的三维结构和空间排列来调控基因的表达。
外源基因的表达、检测及遗传特性
（3）植物总DNA提取时常遇到的问题
1.植物材料中含有较多的多酚类物质，使DNA呈褐色。
解决办法：提高CTAB提取缓冲液中巯基乙醇的含量
或在SDS提取液中加入6%的PVP（聚乙烯吡咯烷 酮）。
2.植物细胞壁难以破碎。
解决办法：在SDS提取液中加入蛋白酶K，在液氮冷 冻条件下研磨。
2.植物DNA样品纯度及浓度的鉴定
（2）Nos和Oct启动子
来自与根癌农杆菌Ti质粒的胭脂碱合 成酶基因和章鱼碱合成酶基因，具有与植 物基因相似的序列。
2. 组织特异性启动子
也称为器官特异性启动子，在这类启动子的调 控下，基因的表达往往只发生在某些特定的器官或 组织部位，并往往表现出发育调节的特性。这种特 异性通常以特定的组织细胞结构和化学物理信号为 存在的基础。典型的组织特异性启动子有：马铃薯 块茎蛋白基因启动子；小麦胚乳特异表达的ADP-葡 萄糖焦磷酸化酶基因启动子；番茄果实成熟特异性 表达的多聚半乳糖醛酸酶基因启动子；花粉特异表 达基因（lat52）启动子和木质部特异表达的苯丙氨 酸脂肪酶基因（pal）启动子等。
如以5-氮胞嘧啶核苷取代胞苷，诱导消 除甲基化修饰，可使基因激活。
2. DNA甲基化在转基因植物中的作用
众多实验表明， DNA甲基化严重 影响外源基因在转基因植物中的表达 水平。
第四节 提高转化外源基因表达的策略
一、克服转化外源基因失活的策略 1.筛选单拷贝转基因株系； 2.核基质附着区的使用； 3.诱导型表达启动子的使用； 4.基因DNA序列的改造。 二、启动子、增强子、终止子、内含子、5’和3’ 端调控序列的使用 三、优化先导序列，提高翻译效率
（2）DNA已整合到植物基因组中；
（3）能够传递给后代，并符合分离规律。
转基因植物嵌合体的遗传方式
转基因植物嵌合体的遗传方式
转基因植物嵌合体是指在转基因过程中将外源基因导入到植物体内，使植物继承了这些外源基因的特性。
转基因植物的遗传方式可以分为两种：垂直遗传和水平遗传。
1.垂直遗传：
垂直遗传是指转基因植物将其外源基因通过传统的遗传方式垂直传递给其子代。
它遵循植物的传统遗传规律，转基因植物的外源基因将会以一定的频率出现在其子代中，并且有可能在后代中发生基因分离和重组。
垂直遗传主要依靠果实或种子中的胚胎组织来进行外源基因的传递。
在转基因植物嵌合体中，外源基因将被整合到植物的基因组中，并在植物的胚胎发育过程中传递给下一代。
当这些转基因果实或种子被种植时，新一代植物将继承转基因基因型和表型。
2.水平遗传：
水平遗传是指通过转基因植物与其他植物进行杂交，将外源基因传递给其他植物种群。
水平遗传主要依赖花粉介导的杂交来实现转基因基因的传递。
在自然条件下，转基因植物与非转基因植物之间也可以发生杂交，使得转基因基因型和表型进入到野生植物种群中。
这种
转基因基因的扩散可以导致植物种群的遗传多样性的减少，也可能产生新的植物类型。
总体来说，转基因植物嵌合体的遗传方式主要是通过垂直遗传和水平遗传来进行外源基因的传递。
这两种遗传方式使得转基因植物能够将外源基因稳定地传递给后代或通过杂交将外源基因传递给其他植物种群，从而在植物世界中产生各种具有新特性的转基因植物。
植物转录因子的结构与调控作用
植物转录因子的结构与调控作用摘要：转录因子通过激活或抑制基因的表达，在植物的生长发育、形态建成及对外界环境的反应中起着重要的调控作用。
植物各种诱导型基因的表达主要受特定转录因子在转录水平上的调控。
典型的转录因子含有DNA结合区、转录调控区、寡聚化位点及核定位信号区等功能区域。
这些功能域决定转录因子的功能、特性、核定位及调控作用等，转录因子通过这些功能域与启动子顺式作用元件结合或与其他蛋白的相互作用来激活或抑制基因的表达。
植物转录因子的结构与功能成为近年来植物分子生物学等研究领域的重要内容。
转录因子(transcriptionfactor，TF)，也称反式作用子(trans-actingfactor)，是位于细胞核内能够与基因启动子区域中顺式作用元件发生特异性相互作用，从而调控目的基因以特定的强度并在特定的时间与空间表达的蛋白质分子。
高等植物的转录因子不仅在植物体的生长发育和形态建成等生理活动中发挥重要的调控作用，而且还与植物体的次生代谢和抗逆反应密切相关。
通过改变转录因子的表达水平调控植物体的生长发育、次生代谢和抗逆性，将为农作物农艺性状的改良和新品种的培育提供广阔的应用前景。
1转录因子的结构与功能1．l DNA结合区DNA结合区（DNA-binding domain)是指转录因子识别DNA顺式作用元件并与之结合的一段氨基酸序列，相同类型转录因子DNA结合区的氨基酸序列较为保守。
植物转录因子中比较典型的DNA结合区有BZIP结构域、锌指结构域、MADS结构域、MYC结构域、MYB、Homeo结构域以及AP2/EREBP结构域等。
其中一些结构域又可根据其特征区中保守氨基酸残基的数量和位置划分成几个亚类，如根据半胧氨酸(C)和组氨酸(H)残基的数目和位置，可将含锌指结构域的转录因子分为C2H2，C3H，C2C2，C3HC4，C2HC5亚类。
近年来，在植物转录因子中又发现一些新的与DNA结合有关的结构域，如拟南芥ARF1转录因子的ARF结构域、玉米VP1及菜豆PvAlf转录因子的B3结构域等。
植物转基因方法及特点和转基因沉默现象
综上所述，基因沉默可能来源于转基因植株 体内的不同核酸之间的相互作用，即DNA— DNA、DNA—RNA、RNA—RNA的非正常配 对作用而导致基因核苷酸的甲基化作用和 mRNA的降解，从而引发基因沉默。基因沉默 可能是植物防御机制的一种自然现象——在 DNA或RNA水平上抵御外源DNA，就象植物 体内的对细菌、病毒的天然抗性一样[11]。这 一现象给转基因工作者提出了新的难题，它 已经成为转基因技术的严重障碍。它要求我 们不断去探索、改进植物转基因技术，做到 转基因定点、定量转化重要农作物，并得以 稳定、高效表达，从而加速转基因技术在农 业生产中的应用。
2．1 植物转录基因沉默（TGS） 植物转录基因沉默（TGS）
植物转录基因沉默的主要方式有两类：顺式失活和 反式失活。当一个或多拷贝基因整合进入或接近高 甲基化基因组序列时，转基因的顺式失活就可能发 生。这种现象与果蝇中的位置斑驳效应（position effect variegation）很相似[12]。植物中的甲基化可以 象果蝇中的异染色质一样进行传递，当甲基化传递 进转基因中时，就会导致基因沉默[19]。多拷贝基因 整合进一个甲基化位点时也能产生顺式转录沉默， 这种现象又与果蝇中的由于转基因重复延伸而导致 的基因沉默现象类似，即所谓的重复诱导失活[5]。 有时转基因以单拷贝插入一个高甲基化位点也能引 起转录基因沉默[11]。总的来说甲基化（或超甲基化） 和染色质凝集（异染色质化）是与转录基因沉默相 关联的普遍特征[11]。
1．3 显微注射法、电击法及激光法 显微注射法、 显微注射法（microinjection）是用显微注射器 将遗传物质注射到培养细胞中，通过组织培 养最终获得转化植株。此项技术起初主要应 用于动物，八十年代中期开始应用于植物的 遗传转化。虽然该法具有DNA注射的准确性、 预见性、克服远源杂交的困难等优点，但其 又有工作效率低、表达不稳定等缺点，故其 应用受到了限制。自基因枪法诞生以来，这 种转化方法在植物上的应用走入了低谷[2]。
转基因技术发展史
转基因技术发展史转基因技术是现代生物学技术的代表，其发展历程涵盖了许多关键的技术突破和里程碑。
以下是对转基因技术发展史的全面概述，主要从基因克隆技术、基因转移方法、基因表达调控、转基因生物安全性、转基因技术的应用领域、转基因技术的未来发展以及转基因技术的社会影响等方面进行阐述。
一、基因克隆技术基因克隆技术是转基因技术的基础，它使得科学家能够识别、分离和复制特定的基因。
该技术的出现，使得科学家可以精确地操作DNA，从而实现对生物体的遗传改良。
二、基因转移方法基因转移是实现转基因技术的关键步骤。
目前，已经发展出了多种有效的基因转移方法，如质粒转化、微注射、基因枪、农杆菌转化等。
这些方法的不断改进和优化，使得科学家能够更高效地将外源基因导入到生物体中。
三、基因表达调控基因表达调控是转基因技术的另一个重要组成部分。
通过调控外源基因的表达，科学家可以实现对生物体的遗传特性的精确控制。
这包括启动子的选择和改造、增强子和抑制子的应用等。
四、转基因生物安全性转基因生物的安全性是公众关注的焦点之一。
科学家在发展转基因技术的同时，也致力于评估转基因生物的安全性。
至今，大量的研究已经证明，经严格评估的转基因食品在安全性上与传统的育种技术没有显著差异。
五、转基因技术的应用领域转基因技术的应用领域非常广泛，涵盖了农业、医药、工业和基础研究等多个领域。
在农业方面，转基因技术被用于改善作物的抗性、产量和营养成分。
在医药方面，该技术被用于生产重组蛋白药物、基因治疗和疫苗等。
在工业方面，转基因技术被用于生产生物燃料、工业酶和化学品等。
此外，该技术在基础研究中也被广泛应用，如用于研究基因功能和生物进化等。
六、转基因技术的未来发展随着科技的不断进步，转基因技术也在不断发展。
未来，该技术有望在以下几个方面取得更大的突破：1）提高外源基因的表达水平；2）开发更加高效的基因转移方法；3）探索新的基因编辑技术；4）利用人工智能和大数据技术优化转基因作物的设计和改良等。
转基因技术对生物多样性保护的挑战
转基因技术对生物多样性保护的挑战随着人类社会的不断发展，对食物的需求也在不断增加。
然而，为了满足这一需求，我们不得不面对许多挑战，其中之一就是如何保护生物多样性。
转基因技术作为一种重要的农艺工具，对保护生物多样性提出了新的挑战。
一、转基因技术的定义和原理转基因技术是通过改变生物体的基因组，使其获得新的遗传特性。
其核心原理是将外源基因导入目标生物体的基因组中，从而改变其遗传特性。
二、转基因技术对生物多样性的影响1. 遗传污染：转基因植物通过花粉的传播，可能会与野生植物杂交，导致野生种群的基因污染。
这可能会导致野生种群的变异减少，进而影响生物多样性。
2. 生物入侵：转基因植物具有较强的生长能力和抗病虫害能力，一旦逃逸到自然环境中，可能快速传播并成为入侵物种，对本地生物种群产生不利影响。
3. 增加单一物种的优势：转基因植物通常具有抗虫、抗草药等优势，这可能导致野生植物逐渐被转基因植物取代，导致生物多样性的减少。
三、转基因技术与生物多样性保护的平衡尽管转基因技术对生物多样性产生了一定的负面影响，但我们不能完全抛弃这项技术，因为它也具有许多应用的潜力。
因此，我们需要在保护生物多样性和利用转基因技术之间找到平衡点。
1. 加强监管和管理：加强对转基因技术的监管和管理，确保其应用在可控范围内。
制定严格的审批制度和标准，确保转基因植物的安全性和环境影响的可控性。
2. 采取适当的隔离措施：在转基因作物栽培区周围设置隔离带，减少花粉传播和基因流动，降低对野生物种的影响。
3. 进行科学研究和评估：加强对转基因技术对生物多样性影响的科学研究和评估，为决策者提供准确的科学依据，制定更合理的政策和措施。
4. 推广可持续农业模式：促进可持续农业模式的发展，减少对转基因技术的依赖。
通过推广有机农业、生态农业等可持续农业模式，保护生态环境和生物多样性。
总结：转基因技术在促进农业发展和提高食物供应能力方面具有重要作用，但其对生物多样性保护提出了新的挑战。
植物遗传学研究植物遗传物质的表达和遗传变异
植物遗传学研究植物遗传物质的表达和遗传变异植物遗传学是研究植物基因组和遗传物质在表达和变异中的作用的学科。
通过对植物遗传物质的表达和遗传变异的研究，我们可以了解植物的遗传特性及其在进化、适应环境和抵御病害中的作用，这对于农业生产、植物育种以及生物学基础研究具有重要意义。
一、植物遗传物质的表达植物遗传物质的表达主要包括基因的转录和翻译过程。
转录是指遗传物质DNA双链的其中一条链作为模板，合成相应的mRNA分子。
翻译是指mRNA分子上的密码子与tRNA分子上的氨基酸进行配对，合成蛋白质。
这两个过程是密不可分的，它们协同作用，决定了植物体内的遗传物质表达水平和品质。
在转录过程中，转录因子起着重要的调控作用。
转录因子是一类能结合到DNA上，调控基因转录的蛋白质。
它们通过与DNA上的特定序列结合，激活或抑制一系列基因的转录。
这些基因在不同发育阶段、组织和不同环境条件下表达差异明显，从而确定了植物体内基因的表达模式和多样性。
在翻译过程中，植物细胞中的核糖体起着核心作用。
核糖体是一种RNA蛋白复合体，它通过配对mRNA上的密码子和tRNA分子上的氨基酸，将mRNA上的信息翻译成蛋白质。
核糖体的组成和功能在不同的植物种类和发育阶段有所差异，这种差异直接影响到植物的发育和适应环境的能力。
二、植物遗传物质的遗传变异植物遗传物质的遗传变异主要通过突变和重组这两种方式产生。
突变是指基因组中的DNA序列发生突然而随机的改变，包括点突变、插入突变和缺失突变等。
突变可以改变基因的功能和表达水平，导致植物的性状和性能变异。
重组是指在DNA两条链之间发生交换或重组，导致新的基因组组合产生。
重组可以发生在同源染色体上的互换，也可以发生在非同源染色体间的互换。
重组的发生可以增加植物基因组的多样性，有利于适应环境变化和进化。
植物的遗传变异对于植物育种和物种保护具有重要意义。
通过利用和选择遗传变异，我们可以培育出更适应环境、更高产、更抗病虫害的植物品种。
10转基因植物2012
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。 关键特征:主要适用于双子叶植物和祼子植物 实例: 农杆菌转化法示意图：
最常见的转基因方法,具体方法有农杆菌介导法、 病毒介导法等。
将外源基因重组进入适合的载体系统，通过载体将携带的外 源基因导入植物细胞，整合在核染色体组中并随核染色体复 制和表达。
农杆菌Ti质粒（tumor-inducing plasmid）或 Ri质粒(rootindcing plasmid)介导法是迄今为止植物基因工程中应用最 多、机理最清楚、最理想的载体转移方法。
1.1 受体
1.1.1 叶盘
采用打孔器对叶片进行打孔，得到圆叶片（叶 盘 ），致使叶片四周都有伤口，与对数生长期的一定 浓度的农杆菌浸泡一定时间（数秒-数分），取出叶圆 片，用滤纸吸干，置于无选择剂培养基上，共培养23天，无菌水冲洗或直接于选择培养基上培养。对双 子叶植物较适合。
叶盘法
双子叶植物较为常用、简单有效的方法。
1.3.1 选择性培养检测（抗性基因检测）
一般用抗性基因来富集转化细胞。抗 性基因应满足以下几点：
A. 抗性基因应是显性基因。 B. 在选择压力下，转化细胞能继续生长，而非转 化细胞受到抑制，从而使转化子得到富集。 C. 抗性基因产物本身不能对转化细胞的生长或发 育有抑制作用。 D. 选择物价廉易得。
1.2.3 花粉管通道法
**花粉管通道法是将外源DNA涂抹于植物柱头，通过植 物授粉，经天然的花粉管通道将外源DNA经珠心进入胚 囊，以达到遗传转化的目的。 **特点：是方便易行，不需专门仪器和昂贵药品；直 接得到转化的种子；受季节限制。
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5、位点特异重组
（1）位点特异性重组系统
遗传重组分为3类：同源重组，转座和位点特异性重组，也称定位 重组。同源重组发生在两个具有一定程度同源性的DNA分子之间或同 一分子的两个同源性区域，它们相互重组。转座和位点特异重组的共 同点是重组只发生于具有特定的DNA序列的位置上，由特定的酶来识 别某一种DNA序列，而造成重排。二者的区别在于转座重组中，识别 位点之间的DNA片段被转位插入到另外的位点，是DNA合成过程中 伴随而发生的DNA断裂、转移和插入。而定位重组并不涉及DNA的 净合成，在两个识别位点之间的DNA片段并不转移到基因组中的另一 地方，这段DNA是在重组酶所识别的位点上进行重组、交换而被切除 或发生倒置，该定位系统越来越多地应用于转基因植物中，以改造基 因重排，去除不需要的筛选基因、激活或缺失某一表达基因。
3、转化后整合位点的DNA结构变化
保持整合外源基因的完整性是实现转基因功能表达的基本条件，外源 基因整合后的完整性与其结构变化有关，现已明确，外源基因作为侵入 者的整合，会引起不同程度的基因重排，涉及缺失、异位、倒位及重复 等一系列现象。这主要与细胞本身的重复和修复功能有关。 Mayerhofer等（1991）和Gheysen等（1991）对15个独立的T-DNA插 入进行了研究，提出了外源DNA整合模型， 他们认为： （1）T-DNA的插入不会引起植物DNA大的重排，但在T-DNA的两侧各出 现了一个158bp的正向重复序列，且多数插入会导致靶位点处小的缺失， 最多79个核苷酸； （2）在T-DNA和植物DNA连接处常有几个至33个核苷酸的填充DNA， 这些填充序列与靠近连接处的植物DNA序列相似； （3）在靶位点处不要求有特异的序列，但若T-DNA两端与植物靶位点之 间有一段短序列（5-10bp）同源，则可能对T-DNA整合进植物基因组其 作用。 此外，插入植物染色体的外源DNA大小是有限制的，如油菜插入外源 DNA为5-6Kb，烟草中最大可达9Kb，但频率较低。
目前发现的有4个定位重组系统，Cre/lox、FLP/FRT、R/RS和 Gin/gix。
（2）位点特异性重组的作用机制
以Cre/lox为例加以说明，Cre来源于噬菌体P1，P1基因组中有 1029bp的一段DNA，编码34组酶。该酶在离体系统中以含loxP基因座的DNA序列为底物，高效地 使线状、环状甚至超螺旋DNA发生重组反应，而产生功能。
4、转化方法对整合外源基因结构的影响
尽管转化方法较多，但外源DNA以两种分子形式转化，一种是外源 DNA插入T-DNA质粒载体中导入；另一种是裸露的DNA分子直接导入， 由于转化原理不同，因此与整合后的外源DNA结构必然存在直接关系。 （1）T-DNA转化的外源DNA结构变化 农杆菌介导转化细胞中T-DNA结构完整，整合位点稳定，多数情况 下在25bp处与植物DNA连接，整合后的外源基因结构变异少，但外源 DNA也会出现结构变化，表现为T-DNA的串联和截短现象。 T-DNA串联：通常有5-20个拷贝的T-DNA的首尾相联，在大多数整合 事件中，T-DNA可以在无选择压的情况下串联起来。 T-DNA截短：也是T-DNA转化时较多发生的结构变化，可能是由于TDNA两侧各有一个25bp的边界类似序列。截短是在转移和整合过程中 产生，由于T-DNA区内‘框类似’序列的存在，被用作引导T-DNA转 移和整合的次级识别位点，从而代替正常情况下的25bp右边界序列， 所以正常的有边界序列被截短。 截短在共整合载体中比二元载体系统更易发生。
一、转基因植物中外源DNA的整合特性
1、外源DNA的整合位点和拷贝数
（1）整合位点：转基因导入植物细胞后，通过细胞分裂时遗传物质的复 制过程整合到核基因组中，目前普遍认为，转基因在寄主染色体内的整合 位点是随机的, 外源DNA可以插入植物基因组的任何一条染色体，也可以 插入一条染色体的任何位点或没有固定的插入位点，但往往对转录活跃区 域具有优先插入特性。 （2）整合拷贝数：许多研究表明，外源DNA的插入拷贝数有以下几种：单 拷贝单位点插入；串联多拷贝单位点插入；多拷贝多位点插入，多数情况 是以单拷贝在单位点整合，但在同一位点，也存在较多的多个拷贝串联整 合的情况。形式为头对尾式串联和头对头式串联。农杆菌转化和基因直接 转化整合拷贝数存在差异，前者拷贝数少，整合位点特异性强。
2、外源DNA结构对整合的影响
外源DNA结构分为四种类型：单链线形DNA、单链环形DNA、 双链线性DNA及双链环形DNA。四种结构中单链线状DNA研究较 多，一般认为单链DNA可以通过有效的不正常整合参与同源染色 体序列的重组，研究认为单链DNA在单链完全变成双链之前已发 生重组。此外Bilang等（1992）研究了导入烟草的DNA结构（线 形和环形）的重组效率，结果表明线性单链DNA同环形单链DNA 相比，其抗性愈伤组织数目要高于后者，说明线性DNA的整合效 率要高于环形DNA。
当两个loxP基因座方向相同，Cre介导的反应造成loxP基因座之间的 DNA被删除，loxP基因座方向相反，Cre介导使两端携带loxP的片段发 生倒位，如果loxP 不在同一DNA分子，如一个在质粒上，另一个在染 色体上，那么Cre酶可使质粒DNA整合到染色体loxP所在位置，实现定 点重组。
四类定位重组系统的分子重组程序分以下几步：
（2）裸露DNA直接转化的外源DNA结构变化 采用裸露DNA直接转化时，整合的外源DNA往往出现复杂的杂交 图谱，在转化当代及子代中常出现DNA环化、甲基化、片段分离和丢 失等现象。 在DNA直接转化中供体DNA容易在整合过程中发生各种结构变化和 修饰，而且植物靶DNA序列也可在供体DNA整合过程中发生重排。