转基因食品与安全 第三章 转基因技术基本理论

农杆菌介导的转化质粒的构建
目的基因
报告基因，选择标记基因
Ampr P
G1
T
LB
P
G2
T NOS
RB
Vir区
4. 农杆菌－植物DNA转移体系需5步完成：
（1）植物敏感细胞和土壤农杆菌的相互作用 （2）农杆菌的毒性区基因的激活 （3） T-DNA的切割和T复合物的生成 （4） T复合物经植物细胞膜进入植物细胞 （5） T-DNA整合到植物细胞
含有Ti质粒的根癌农杆菌与一些植物的 细胞接触后，Ti质粒的一部分（T-DNA） 基因可进入植物细胞，整合到植物基因组 DNA随其复制。
保留T-DNA两端的末端序列，用外源 DNA插入或直接取代T-DNA部分基因组， 这段外源DNA仍然可以进入植物细胞， 整合到植物的染色体上。
根瘤农杆菌及Ti质粒
农产品交易会上的转基因瓜果
中国农业大学食品科学与营 养工程学院院长罗云波
罗云波：目前我国的转基因技术还 在第一代，主要用于作物改良。第二代 转基因食品是改变食品品质，比如人体 需要赖氨酸，就在小麦中强化赖氨酸的 含量，而到第三代转基因食品就有一些 治疗和保健的作用。
二、植物的转化体系
按转化体系的原理，可分三大转化体系类型： （1）不用载体，通过理化方法直接将外源基因
转基因植物育种的程序
基因分离 载体的构建
体外重组
农杆菌介导 基因枪轰击
转化来自百度文库
转化体 筛选
结合常规育种 转基因品种
遗传稳定性评价
安全性评价
市场开发
First biotech plant product – Flav’r Sav’r tomato
世界上第一种 基因移植作物 是一种含有抗 生素药类抗体 的烟草，1983 年得以培植出 来。
第三章 转基因技术的 基本理论
第一节 转基因植物 第二节 转基因动物 第三节 转基因微生物
第一节 转基因植物
植物基因工程是近30年来随着 DNA重组技术、植物遗传转化技术 及植物组织培养技术而发展起来的 现代生物技术。
美国三大转基因作物历年种植面积
大豆
棉花 玉米
2006年全球转基因农作物种植面积突破1亿 公顷，10年间种植面积增长了60多倍。尽管 转基因蔬菜的安全性还没有得到完全的认 可，但是科学家们还在不断地展开新的研 究，希望能培育出更多品种的优质转基因 蔬菜。
（二） PEG介导的基因转化
原理：利用化学试剂，如聚乙二醇（PEG）、 聚烯醇（细胞促融剂）等，诱导原生质体摄 取外源DNA分子，外源DNA分子就有可能整 合到基因组中，完成遗传转化过程。
例如：转基因烟草
优缺点：
• 该法成本低，结果较稳定，易于推广， 通过该法已经获得转基因水稻、玉米和 小麦。
• 但许多农作物原生质体的培养和再生很 困难，且转化率低，所以该法的应用范 围受到限制。
转基因玉米
玉米是主要粮食之一，又可以提炼油脂， 也可以用作食品和工业的原料以及作饲料， 浑身是宝。人们称它是含金的植物。如今培 育出转基因玉米，品质更好，产量更高。
转
我国科学
基
工作者用
因
转基因技 术，可以
牵
转变矮牵
牛
牛花的花
花
色，使矮 牵牛花的
花色更加
丰富多彩。
转基因小麦
从植物体中分离出 合成赖氨酸的基因，把 该基因转入小麦植株中， 培育出转基因小麦。用 这种小麦制造的面粉， 更适合烤面包，面粉中 赖氨酸含量高，面包的 营养价值高。
• 特点：转化率高; 操作繁琐; 技术性高。
（五） 基因枪法（微弹轰击法）
抗病的转基因番茄 富含维生素A的金大米
转基因生菜
日本一家研究所最
近培育一种转基因生菜， 其含铁量要比一般生菜 高出将近一倍。这种转 基因生菜是把大豆的铁 蛋白基因植入生菜细胞 中而培育出的，因而增 强了生菜中铁质的含量。
转基因胡萝卜
• 德国研究人员将乙肝 病毒的表面蛋白基因 注入胡萝卜基因，这 种胡萝卜外表与普通 胡萝卜没有差异，只 是在成熟之前需利用 一种荷尔蒙激活其基 因，使其释放出更大 量的肝炎疫苗成分。
转基因番茄
1994年，美国政府 批准了他们研制成功 抗干旱、早熟、保鲜 的转基因番茄商品化 之后，我国也相继成 功培育出优良品种的 转基因番茄，以满足 人们的需求。
转基因甜椒
甜椒在栽培的 过程中，容易受病 毒的感染。我国科 学工作者，采用转 基因技术，培育出 抗病毒的甜椒。
转基因油菜
油菜是人们食用油的主要来源之一。 一般油菜籽的含油量约为40％左右。 通过转基因技术，培育出来的油菜籽， 可以大大地提高它的出油率。而且油 的纯度质量更好。
Ti质粒的优点： 1. 是天然转化载体系统，成功率高。 2. T-DNA区可容纳相当大的DNA片段。 3. T-DNA上有引导DNA转移和整合的序列，
插入的外源基因能随T-DNA在植物中表达。 4. 外源基因多以单拷贝插入，遗传稳定性好。
Ti Plasmid
T-DNA region
auxin
Left border
vir genes
Right border
已知农杆菌附着到 植物细胞后，只留 在细胞间隙中。TDNA首先在细菌中被 加工、剪切、复制， 然后转入植物细胞。
ori
T-DNA的结构与功 能∶
左边界 核心区 右边界
LLBB RRB
B
Vir 区操纵子的基因结构与功能
Vir区是一段长度为35KB操纵 子
包含六个基因： VirA、VirB 、 VirC 、 VirD 、 VirE 、 VirG。
导入受体细胞。 （2）以生物体为载体的转化体系。 （3）以植物自身的生殖体系细胞（如花粉粒）
为媒体的转化体系。
（一）农杆菌介导的转化方法
1. 农杆菌有两类： 根癌农杆菌：含Ti质粒，G－ 发根农杆菌 在根癌农杆菌内有一个大的致瘤质粒，简称Ti 质粒，能感染大多数双子叶植物的受伤部位。
2.农杆菌介导的转化法原理
（三） 电激法介导基因转化
• 原理：利用高压电脉冲作用，在原生质体膜上 “电激穿孔“，形成可逆的瞬间通道，从而促 进 外源DNA进入原生质体。
• 特点： 脉冲时间、次数和时间间隔影响转化效率 操作简便 容易造成原生质体损伤 电激仪器昂贵
（四） 脂质体介导基因转化
• 原理：利用脂类化学物质包裹外源DNA成球 体，通过植物原生质体的吞噬或融合作用把包 含外源DNA的脂质体转入受体细胞。