遗传学课件第7讲：植物转基因育种

7.浸渍法：将叶片、胚、胚珠、子房、花粉粒、幼穗、
悬浮细胞甚至幼苗等直接浸泡在外源DNA溶液中，利用渗透 作用把外源基因导入受体细胞并得到整合与表达的一种转化 方式。 基本原理：利用植物细胞自身的物质运转系统，将外源DNA 直接导入受体细胞。外源DNA分子进入细胞的途径： ① 细 胞间隙和胞间连丝途径；② 细胞的内吞作用； ③ 细胞膜 的透性
（二）转化方法
1.农杆菌介导法(Agrobacterium-mediated transformation method)
载体制备 工程菌制备 感受态制备
共培养
鉴定 炼苗移栽 分化成苗 转化子筛选 洗涤农杆菌
农杆菌介导法程序
2.基因枪法：（gene gun，microprojectile bombardment）
操作方法:
（1）柱头切除法； （2）花粉粒吸入法； （3）柱头涂抹法
4.聚乙二醇法：（polyethylene glycol, PEG）
利用PEG使细胞膜之间或使DNA与膜形成分子桥，促 使相互间接触和粘连，并可通过改变细胞膜表面的电 荷，引起细胞膜透性变化，从而促进外源大分子进入 原生质体，然后恢复膜透性，进行培养分化。
(七)我国转基因植物育种进展
1992年中国首先在大田种植转基因抗病毒烟草，揭开了全球转 基因作物商业化的序幕。
至2012年，我国已研发获得重要性状基因300多个，其中46个具 有自主知识产权。
至2012年，我国已发放7种转基因作物的安全证书：耐储藏番茄、 抗虫棉、改变花色矮牵牛、抗病辣椒、抗病番木瓜、抗虫水稻、 转植酸酶玉米（降解饲料中的植酸磷、释放可被动物利用的无机磷 、提
第7讲:植物转基因育种
（三）转基因育种的程序
基因分离 载体的构建
体外重组
农杆菌介导， 基因枪轰击,等
转化
转化体 筛选
结合常规育种 转基因品系
遗传稳定性评价表 达及表型鉴定
市场开发
安全性评价
区域试验、品种审定
转基因品种
（四）转基因育种涉及的植物
自1983年报道第一例转基因烟草以来，至今已有200 多种植物转基因成功。
按其发生的阶段可分为 转录沉默和转录后沉默。 转基因沉默机理包括DNA 甲基化、多拷贝整合、
位置效应、后成修饰作用等。
提高外源基因表达水平的策略
强启动子的选择和改造； 利用增强子序列； 利用真 核基因的调控序列； 利用定位信号提高外源基因表达产物的含量； 叶绿体转化（基因拷贝数多）
简单
复杂
复杂
复杂
简单
Байду номын сангаас
设备要求
便宜
便宜
昂贵
昂贵
昂贵
便宜
转化工效
高
低
低
低
高
低
单子叶植物应用
少
可行
可行
可行
广泛
广泛
三、外源基因的表达、检测与遗传特性
转基因植物外源基因的表达及其调控 外源基因的检测 转基因植物的遗传特性
（一）转基因植物外源基因的表达及其调控
转基因沉默现象： 外源目的基因在转化植株内 存在，但其表达水平很低，甚至不表达的现象。
常用植物基因转化方法比较
评价项目
受体材料 宿主范围 组培条件
农杆菌法 PEG法
完整细胞 有 简单
原生质体 无
复杂
植物基因转化的方法
电击法
微针注射 法
基因枪法 花粉管通道法
原生质体
原生质体 完整细胞
卵细胞
无
无
无
有性繁殖植物
复杂
复杂
简单
无
转化率
较高
较低
较低
较高
较高
较低
嵌合体比例
有
无
无
无
多
无
操作复杂性
简单
已大面积推广应用的转基因作物主要包括： 大豆(≈3/4)、棉花(≈4/5) 油菜(≈1/4)、玉米(≈1/3)
（五）转基因育种涉及的主要目标性状
抗（耐）除草剂 抗虫 抗（耐）病：细菌、真菌、病毒、线虫等病害 抗（耐）非生物胁迫：干旱、水涝、盐碱、极端气温、瘠
薄土壤 提高品质：蛋白、脂肪酸、淀粉、油脂、维生素等的组成
愈伤组织再生系统 原生质体再生系统 生殖细胞受体系统 胚状体再生系统 直接分化再生系统 叶绿体再生系统
植物基因转化的外植体
叶片 茎端 茎尖
胚轴 块茎
胚
萌发种子
转化植株
根
创伤植株
子房 花器官
花粉 （未）受精 原生质体悬浮培养细胞 卵细胞
建立植物转化受体系统的主要考虑因素：
具有稳定的外植体来源 具有高效稳定的再生能力 具有较好的遗传稳定性 对选择性抗生素敏感 对农杆菌侵染敏感； 低成本
高饲料利用效率，同时减少动物粪便中磷的排放）
我国成为世界六大种植转基因作物的国家之一，主要是转基因 抗虫棉。 2010年我国转基因棉花种植面积为349万公顷，占总 种植面积七成以上。
二、植物转化的受体系统及转化方法
（一）受体系统： 指用于转化的外植体通过组织培 养途径或其他非组织培养方法，产生高效稳定繁殖 的无性系，并能接受外源DNA整合、对抗生素等选择 敏感的再生体系。
利用火药爆炸、高压放电或高压气体作驱动力，将载有外 源DNA的金粉（或钨粉）等金属微粒加速，射入受体细胞 或组织，从而达到将外源DNA分子导入受体细胞的目的。
渗透压调节 甘露醇/山梨
醇
受体细胞或组织的预处理
CaCl2、亚精氨、 无水乙醇处理DNA
+ (金粉或钨粉)
DNA微弹的处理
发生 士大夫
过渡培养和筛选培养
受体材料的轰击
3.花粉管通道法：(pollen-tube pathway)
利用植物受精过程中形成的花粉管通道将外源DNA导入植 物的技术，为我国学者周光宇创立，1983年成功用此法将 外源DNA导入棉花中。
基本原理：授粉后外源DNA能沿着花粉管渗入，经过珠心
通道进入胚囊，转化尚不具备正常细胞壁的卵、合子或早 期胚胎细胞。
5.电击法（electroporation）
又称电穿孔法，利用高压电脉 冲作用使细胞膜上形成可逆性 的瞬间通道，从而使外源DNA分 子进入细胞的转化方法。
6.显微注射法（Microinjection）
利用显微注射仪将外源DNA直接注入 受体细胞（如原生质体），并使其 成活、增殖而发育成为转基因个体。
及含量，耐储藏性、休眠特性、花色，等 提高产量：高光效、农艺性状、经济性状 雄性不育
（六）全球转基因植物育种进展
全球转基因作物交易额：2005年达60亿美元； 2010年达200亿美元。
截止2010年，先后有59个国家通过了964项安 全管理认证，涉及的植物种类有24种；29个国 家种植商品化转基因植物；1540万农民种植转 基因作物。