转基因技术及应用

cDN
重组原核表达载体
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基因工程技术操纵主要步骤（Ⅱ）
重组体
DNA水平检测 基因表达水平检测
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通过基因工程技术获得的经过遗 传改造并能稳定遗传的微生物即转基 因微生物。 但要获得多细胞的转基因生物， 还须进行其它操纵。
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转基因微生物应用举例
• 转有凝乳酶基因（生产奶酪）的菌株，可 避免了小牛的无辜死亡，也降低了生产成 本。 • 导入人类胰岛素基因的菌株，由于胰岛素 制备。 • 导入人类干扰素基因的菌株。 • 用于改善酱油、酒等食品风味的菌株。
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2002年 1月 2日 PPL公司宣布克隆出第三批克隆猪；它 们体内的两个阿尔法１，３半乳糖转移酶 基因 （ GGTA1 ）中，有一个被“敲出”（ knock out ）了。
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转基因动物的基因导入方法与受精卵不同发育阶段的关系
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转基因动物应用 Transgenic Animal Model
1. 外源DNA导入精子
2. 体外授精
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精子载体法获得的转基因荧光猪
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胚胎-逆转录病毒介导的转基因技术
Mouse embryos
MoMuLV Producing Cells Insertion of viral DNA containing transgene into embryos
Transgenic Mouse
SV40
LTR
neo
LTR
重组逆转录病毒载体
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受精卵-基因显微注射
PMS + hCG to superovulate
X
1-cell pronuclear stage mouse embryo.
Holding Pipette
Injection Pipette
2-cell stage embryo Oviduct Transfer
• 抗逆
对照
耐盐转基因水稻
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转基因植物的应用举例
• 含特殊营养或药用成分
含乙肝疫苗的转基因土豆 49 富含维生素A的转基因金稻
转基因植物的应用举例
• 其它特殊用途
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转基因植物的应用举例
• 其它特殊用途
带有柠檬香味的转基因西红柿
用于环境治理的转基因烟草 51
四、安全问题
• 对人类自身的可能影响 Pusztai事件 • 对生态环境的可能影响 斑碟事件 加拿大“超级杂草”事 件
一、基因-基因工程-转基因微生物
转录调控序列
Promoter Gene 1 Gene 2 Gene 3 Terminator
多个结构基因串联
原核生物基因结构示意图
4
initiation site
Poly A site
upstream silencer
5’
intron
AATAAA, 30bp
ATG
1）作为人类疾病发病及治疗研究的动 物模型 2）用于发育生物学的研究 3）提高动物产品的质量 4）作为生物反应器
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左侧老鼠为不具 备Nscl－2基因的 转基因鼠
左侧转入了人缺陷型 的GH-1基因 31
Vegfr2-luc转基因小鼠
使用小鼠VEGFR2（血管内皮细胞生长 因子受体 2 ）基因启动子及内皮细胞特异 的增强子，以驱动荧光素酶表达。
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日本转基因狨猴
21
体细胞克隆与转基因
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绿色荧光蛋白“转基因”克隆猪
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胚胎干细胞的基因打靶
同源重组
重组载体
染色体
校正后的染色体
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赖良学：中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员 在美国密苏里大学动物中心实验室采用基因敲除技术 首次实现了人类培育“基因敲除”克隆猪，科学界普遍认 为“这是向异种器官移植迈出的关键一步”，为人类的器 官移植开辟了新天地。
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56
TAA
downstream enhancer
coding 3’ strand
1
1
2
2
n-1
n
template strand
upstream promoter enhancer
GC box CAAT box
exon
TATA box
terminator
downstream silencer
真核生物基因结构示意图
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Baidu Nhomakorabea 12
二、从基因工程到转基因动物
1. 利用基因工程获得携带有目的基因的重 组DNA或重组病毒。 2. 目的基因导入受精卵、胚胎、胚胎干细 胞或其他受体细胞。 3. 细胞或胚胎的鉴定。 4. 胚胎的发育。 5. 个体的鉴定（DNA、RNA及蛋白水平）。
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目 的 基 因
真核重组表达载体
目的基因
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乳汁中分泌人凝血因子IX的转基因山羊
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转基因动物存在的问题
1）制作转基因动物成功率低、成本高 2）外源基因表达水平较低 3）造成宿主基因突变
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三、从基因工程到转基因植物
1. 利用基因工程获得携带有目的基因的重 组DNA或重组菌体（35S启动子的应用 增强基因表达效率）。 2. 目的基因导入植物细胞或组织。 3. 筛选重组植物细胞。 4. 植物细胞促分化培养。 5. 植株鉴定。
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promoter gene of interest terminator promoter plant selectable marker right T border
terminator left T border bacterial selectable marker
replication region
5
基因工程（gene engineering）：指在 体外对DNA分子按照既定的目的和方 案，对DNA进行剪切和重新连接，然 后把它导入宿主细胞，以扩增有关 DNA片段或表达有关基因产物等研究。 又称为基因操作、分子克隆、基因克 隆或基因重组等。
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基因工程技术操纵主要步骤（Ⅰ）
重组体
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某 真 核 基 因 序 列
+
Pregnant Foster Mother
+
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显微操作仪
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制作转基因动物效率低是制约以显微注射
法生产转基因动物的关键:小鼠、大鼠、兔、 牛、猪、绵羊的转基因阳性率分别为26%、 44%、15%、0.7%、0.9%、0.9%。
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精子载体法
将成熟精子与外源ＤＮＡ共培养，成熟精子 与外源DNA预培养之后，使精子有能力携带外源 DNA进入卵子中，使之受精，并使外源DNA 整合到染色体中。
52 绿色和平组织的抗议示威
超级杂草
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基于转基因食品潜在安全的不确定性， 世界各国政府都加强对转基因食品进行管理。 主要原则是： 一、执行严格的安 全评价制度； 二、标识制度，即 在转基因食品包装 上加贴标识。
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思考题
1. 什么是转基因技术及转基因 生物？ 2.简述从基因分离到制备转基因 山羊（能从乳汁中分泌人的凝 血因子IX) 的一套技术路线。
现代分子生物学专题讲座
转基因技术及应用
Transgenic Technology and Applications
分子生物学研究中心
1
转基因技术
将人工分离和修饰过的基因导入 细胞和（或）生物体内，并通过导入 基因的表达引起生物体性状的可遗传 性修饰。这一技术称之为转基因技术 （Transgenic technology）。
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目的基因的导入----花粉管通道法
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转基因植物的应用举例
• 抗虫或抗病毒农作物
中国转基因稻实验田
转基因与非转基因木瓜对比
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转基因植物的应用举例
• 抗虫或抗病毒农作物
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
普通棉花与Bt抗虫棉对比
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转基因植物的应用举例
• 抗除草剂
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非转基因大豆
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转基因植物的应用举例
生 物 发 光 强 度
VEGFR-2在伤口愈合过程中的诱导表达
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VEGFR2-Luc转基因小鼠的VEGFR2表达逐渐降低, 研究生物体发育过程
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转基因鲑鱼
野生鲑鱼
表达红色荧光蛋白的转基因鱼
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乳腺反应器
在制备转基因哺乳动物，若对目的基 因的改造有意选择乳腺细胞特异性表达的 启动子和增强子，那么目的基因将在动物 的乳腺细胞中大量表达，并从乳汁中分泌 出来。这时转基因动物乳腺就成为一个为 生产某种生物活性蛋白的生物反应器，即 乳腺反应器。
2
转基因生物
经转基因技术修饰的生物体被称为 “ 遗 传 修 饰 过 的 生 物 体 ” （ Genetically modified organism ，简 称 GMO ） ， 或 转 基 因 生 物 （ transgenic organism ） ，包括转基 因微生物、转基因植物及转基因动物。
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重组Ti质粒
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目的基因的导入----利用农杆菌介导
农杆菌共培养侵染 诱导愈伤组织 分化生芽
生根
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目的基因的导入----基因枪轰击
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目的基因的导入----花粉管通道法
指在授粉后向子房注射含目的基因的 DNA溶液。利用植物在开花、受精过程中 形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精 卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的 基因组中，随着受精卵的发育而成为带转 基因的新个体。 方法简单无需组织体外培 养。