食用菌生产技术 转基因育种技术

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人工转基因有目的、远缘化
• 因此,转基因是大自然中每天都在发生的 事情,只不过在自然界中,基因转移没有 目标性,好的和坏的基因都可以一块转移 到不同的生物个体。同时,通过自然杂交 进行的转基因是严格控制在同一物种内(特 别是在动物中),或是亲缘关系很近的植物 种类之间。
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什么是转基因育种?
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美国:3900万公顷 阿根廷:1350万公顷
加拿大:350万公顷 中国:210万公顷
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转基因作物种类 主要为大豆、玉米、棉花和油菜等,以转基因大豆面积最大。
80% 60% 40% 20% 0% 大豆 玉米 棉花 其它 1999 2000
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转基因对农业生产的意义
目标性状 抗除草剂: 2000年使用抗除草剂大豆、玉 米和棉花占转基因作物74%。 抗虫和抗病毒病: 2006年,Bt玉米、 Bt棉花占25%。
化受体系统; 二是直接利用花粉和卵细胞受精过程进行基因转化,如花粉管
导入法,花粉粒浸泡法,子房微针注射法等。
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四、外源基因导入植物的方法
(一)DNA直接转移法
1.化学刺激法 植物原生质体借助一些化学试剂(如PEG、 氯化钙等)的诱导能吸收外源DNA、质粒等遗 传物质,并有可能整合到植物染色体上去。 此法对细胞伤害少,可避免嵌合体产生, 易于选择转化体,受体细胞不受种类限制。
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到1999年我国已批准中试的转基因作物 有48项:包括水稻、小麦、玉米、番茄、 白菜、番木瓜、甜瓜、花生、棉花、烟草、 广藿香等11种作物; 主要目标性状是抗虫、抗病、耐盐、抗冻、 耐储藏和抗衰老等。

已批准环境释放的有49个品种,涉及水稻、 玉米、大豆、马铃薯、番茄、甜椒、线辣 椒、棉花、杨树、烟草等10种作物。
4.胚状体再生系统
是指具有胚胎性质的个体。
优点:个体数目巨大、同质性好,接受外源基因能力强, 嵌合体少,易于培养、再生。
缺点:技术含量高,多数植物不易获得胚状体。
5.生殖细胞受体系统
以生殖细胞如花粉粒、卵细胞等受体细胞进行外源基因转化的 系统。
一是利用组织培养技术进行小孢子和卵细胞的单倍体培养、转
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转基因产品
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微生物
植 动
重组DNA
物 物
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转基因产品
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微生物(工程菌)

大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、乳 球菌、乳杆菌、酿酒酵母、毕 赤酵母、大型真菌等
植物

马铃薯、玉米、番茄、木瓜、 水稻(富含Va)等
动物

鱼、小鼠、猪、猴、牛、羊等
河南种植 耐除草剂+抗虫性双 价的转基因棉花和玉米占7%。
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First biotech plant product – Flav’r Sav’r tomato
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我国转基因作物研究与利用概况 我国是世界上第一个商品化种植转 基因作物的国家。自行培育的双价转基 因烟草的抗病虫性达到60%,产量比对 照增加15%,产值增加20%,1992年每 亩增收200元,遗憾的是由于市场的原因 现已不推广。
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Βιβλιοθήκη Baidu
基因改造蘑菇能长出人类药物
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来自美国宾州的植物生理学专家报道说,人们 所熟悉的蘑菇可能成为生产不同有益的人类药 物的生物工厂。他们通过将新的基因插入到蘑 菇中,而且使蘑菇产生人类药物
美国利用转基因双孢蘑菇生产疫苗 英国科研人员通过从海藻和蘑菇中分离出制造 多不饱和脂肪酸的3个基因,并植入水芹中。实 验证明,食用这种富含ω-3和ω-6多不饱和脂肪 酸的水芹,能够调节人体血压和免疫反应
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基因制药方面:生物制药已经成为21世 纪的朝阳产业.
近十几年来,在利用生物技术制取新药方面取得了惊人 的成就,已有不少药物应用于临床。例如人胰岛素、人生长 激素、干扰素、乙肝疫苗、人促红细胞生成素(Epo)、GM -集落刺激因子(GM-CSF)、组织溶纤酶原激活素、白细 胞介素-2及白介素-11等。
转座子DNA探针
插入突变体
鉴定性状 遗传分析
筛选突变DNA 文库,PCR, RACE
基因部分DNA探针
完整目的基因 互补实验
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筛选野生型DNA 文库,PCR, RACE
分离基因
克隆到某中间载体
pKS,pBR332,pGEM-T
转化大肠杆菌 提取质粒 限制酶切/连接 克隆到植物表达载体
JM109, TOP10…
将外源DNA包裹在微小的钨粉或金粉颗粒的表面,借助高压动力射入受体 细胞或组织,最后整合到植物基因组并得以表达。
步骤简单易行:适合于大多数细胞或组织,克服了受体材料的限制,不 必制备原生质体,具有相当广泛的应用范围,已经成为植物细胞转化最 有效方法之一。 到目前为止,利用基因枪法已经在烟草、豆类和多数禾本科农作物、果 树花卉和林木等植物上获得转基因植株。
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抗高温、抗低温基因 抗害虫基因 适宜于工厂化栽培的高抗品种; 无公害产品冲破国际市场上的种 种技术壁垒!
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二、
转基因育种的程序
农杆菌介导 基因枪轰击
基因分离 体外重组
载体的构建
转化
转化体
结合常规育种 转基因品种
筛选 遗传稳定性 评价
安全性评价
市场开发
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(一)目的基因的获得 根据获得基因的途径主要可以分为两大类: 根据基因表达的产物—蛋白进行基因克隆; 从基因组DNA或mRNA序列克隆基因。
HindIII/EcroI… T4 ligase pBI121, pCAM1001…
转化农杆菌
LBA4404, EHA
基因枪转化
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(三〕受体材料的选择
受体是指用于接受外源DNA的转化材料。
良好的植物基因转化受体系统应满足如下条件: 1、高效稳定的再生能力; 2、受体材料要有较高的遗传稳定性; 3、外植体来源方便,如胚和其它器官等;
种途径;

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3.可以对动植物的目标性状进行定向变异 和定向选择; 4. 可以大大提高选择效率,加快育种进程。 此外,还可将动植物作为生物反应器生产 药物等生物制品
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•Traditional crossbreeding
Recombinant DNA techniques
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世界银行下属机构预测,世界范围内转基因作 物产业的交易额: 2005年达到60亿美元; 2010年达到200亿美元, 1500万农民种植转基 因作物
种植国家 先后有30多个国家批准了3000多例田间试验,
涉及的植物种类有40多种;
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2000年有13个国家种植商品化转基因植物; 2004年有17个国家种植商品化转基因植物。 (2008年) 美国(59%),英国(10%),阿根廷(20%), 加拿大(10%) 中国(15%); 2004年3月英国批准大面积种植转基因,但要求 非常严格。 2005年德国通过法案,严格限制包括实验室研 究)。
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
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(4)转座子标签法 转座子是染色体上一段可复制、移动的 DNA片段。 当转座子插入到某个功能基因内部时,就会引起该基因的失活,并诱导 产生突变型;当转座子再次转座或切离这一位点时,失活基因的功能又 可得到恢复。 目前应用最为广泛的转座子系统是Ac/Ds玉米转座子系统。
4、对筛选剂敏感;
5、转化率高
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常用的受体材料有以下几大类型:
1.愈伤组织再生系统
外植体材料经过脱分化培养诱导形成愈伤组织,转化(带有目
的基因质粒的农杆菌侵染),分化培养获得再生植株。 优点:外植体来源广,繁殖快,易接受外源基因, 转化效率高。 缺点:遗传稳定性差、嵌合体
因此需要连续的再生系统
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3.显微注射法
显微注射进行基因转化是一种比较经典的 技术,其理论和技术方面的研究都比较成熟。 特别在动物细胞或卵细胞的基因转化,核移植 及细胞器的移植方面应用很多,并已取得重要 成果。植物细胞的显微注射在以前使用很少, 但近年来发展很快,并在理论技术上有所创新。
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4.基因枪轰击法 (微弹轰击技术micro-projectile bombardment)
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经全国基因工程安全委员会批准商品化生产的作 物已有:
• 我国自行研制开发的抗虫转基因棉花(转Bt及 Bt+CpTI双价抗虫棉); 2004年种植转基因棉花370万公顷,占棉花 种植面积的50% • 美国Monsanto公司开发的Bt抗虫棉; • 延迟成熟期的转基因番茄; • 抗黄瓜花叶病毒(CMV)转基因番茄; 30 • 抗CMV转基因甜椒;
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整合胚胎移植法
药物蛋白的基因
动物精子 体外
显微注射
受精卵 体外培养 多细胞胚胎或囊胚 分子生物学检测 转基因动物
受精
动物卵细胞
分子生物学检测
妊娠 出生 动物幼崽
挑选整合外源基因的 胚胎
非手术 胚胎移植
受体动物 子宫
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人的器官库——超级猪
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什么是转基因呢?
• 通俗的说,就是一种生物体内的基因转移到另一 种生物或同种生物的不同品种中的过程。一般来 说转基因是通过有性生殖过程来实现的。例如, 植物的花粉 (含有雄配子)通过不同的媒介由一 个植物“跑”到另一种植物,或“跑”到同一种 植物的另一个品种花朵里边的雌蕊(含有雌配子) 上并与其杂交,这种杂交的过程就产生了基因的 转移。同样,例如在猫这种动物中,不同品种和 类型的猫进行交配后产生了与父母都不—样的仔 代,就是由于产生了基因的转移。
转基因育种技术
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主要内容
• • • • 转基因的方法和原理 转基因动物 转基因植物 (包括大型真菌) 转基因生物和生物安全性
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神话成现实
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随着基因科学的逐步发展,原本只有在神话传 说中才可以看到的变绿叶为鲜花的情形现在可 以在现实生活中得以实现了。转基因则可以提 取某种植物或动物的基因,将其移植到其他生 物体中。英国科学家利用转基因技术培育的荧 光蘑菇
单子叶植物
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5.微注射法 细胞操作: 利用琼脂糖包埋、聚赖氨酸粘连和微吸管吸附等方式将受 体细胞(原生质体或生殖细胞)固定,然后将供体DNA或RNA直 接注射进入受体细胞。
由中国农科院生物工程中心开发的Bt棉对 棉铃虫有显著的抗性。与对照相比减少农 药用量80%,并减少用工150个/hm2,以上 两者可使每公顷节省1500元,Bt转基因棉 种深受棉农的欢迎。
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食用菌转基因研究方向及意义


抗霉菌基因 抗细菌、抗病毒基因 每年因杂菌污染损失惨重,原料 损失,菇体腐烂,减产严重; 出口产品药物残留超标
2.直接分化再生系统
外植体材料细胞不经过脱分化形成愈伤组织阶段,而是直
接分化出不定芽形成再生植株。
优点:周期短、操作简单,体细胞变异小,遗传稳定; 缺点:材料局限,转化率低。
3.原生质体再生系统
原生质体恢复细胞壁具有分化再生能力,是应用最早的再生 受体系统之一。 优点:高效、广泛地摄取外源DNA或遗传物质,获得基因型一 致的克隆细胞,所获转基因植株嵌合体少,适用于多种转化 系统; 缺点:不易制备、再生困难和变异程度高。 40
作物转基因育种 就是根据育种目标,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,并经过田间试验与大田选择育成转
基因新品种或种质资源。
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与常规育种技术相比,转基因育种在技术上较为复 杂,要求也很高,但是具有常规育种所不具备的优 势: 1.拓宽可利用的基因资源; 2.培育高产、优质、高抗优良品种提供了崭新的育
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2.电击法
首先是将原生质体在溶液中与DNA混合, 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的摄取。此法在动物细胞中应用较早并取 得很好效果,现在这一方法已被广泛用于各种 单、双子叶植物中,特别是在禾谷类作物中更 有发展潜力。不但原生质体而且完整的单细胞 也可利用此法,这对于那些难以从原生质体再 生植株的植物或许有更大意义。
美国近几年基因制药发展很快!
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特别的色彩 矮牵牛花
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请描述:
转基因工程运用的前景
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颜色
香味
形状
寿命
特别色彩 特别新奇 特别长寿
优良特性(好品种!)
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转基因动物技术优点
1.转基因动物可以提高生产能力。 (瘦肉型猪) 2.转基因能增强抗病能力.(转基因 鲑鱼) 3.转基因能生产生物医学产品.(转 基因猪生产人血红蛋白)
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