第十章转基因植物详解.ppt

第十章转基因植物,TransgenicPlant,转基因植物,将外源基因导入植物细胞，经组织培养，获得能够表达外源基因的植物称为转基因植物。抗虫抗病抗逆生产药物,由中国农科院开发的Bt棉对棉铃虫有显著的抗性，与对照相比减少农药用量80。,中国黄金大米事件,不会引起过敏的大豆,彩色玉米,目的基因,基因载体,重组体,分,切,接,转,筛,表,基因工程总体技术路线,1983年，转基因烟草问世-世界上第一例转基因植物。1987年，转基因油菜、棉花产生转基因水稻、玉米、小麦、甘薯等陆续出现。转基因作物商业化：遍布6大洲预测：2020年世界上80-90的农作物将是转基因植物,转基因植物研究发展,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；4、对筛选剂敏感；5、转化率高。,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。,2.直接分化再生系统外植体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。,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,植物转基因的基本技术路线,获得目的基因，克隆到载体上扩增受体细胞培养：如植物愈伤组织等目的基因导入受体细胞培养转化细胞筛选、培植、鉴定,苏云金杆菌,毒蛋白基因,质粒载体,重组质粒构建,农杆菌,棉花,棉花细胞,侵染转移,转基因棉花,抗虫棉的构建,转基因方法,直接导入法基因枪法（1987年）载体介导法：农杆菌介导转化法（1974年）病毒感染法,基因枪介导的DNA转移,基因枪法最早是由美国康奈尔大学的Sanford最先提出的。它通过高速飞行的金属颗粒将包被其外的目的基因直接导入到受体细胞内，从而实现基因转化的方法。1992年，世界首例转基因小鼠就是通过该法获得的。,基因枪转化的原理,载体介导法：根癌农杆菌介导的基因转移：Ti质粒(tumor-inducingplasmid)转移DNA(transferDNA,T-DNA),Tiplasmid：双链共价闭合环状DNA分子，约150200Kb,农杆发根菌的生物学特性,发根农杆菌（Agrobacteriumrhizogenes）：土壤细菌，能侵染大多数双子叶植物和少数单子叶植物Ri质粒(root-inducingplasmid)：TDNA区、Vir区两个功能区T-DNA区插入到寄主植物基因组中，表达决定发根生长和冠瘿碱合成的基因，冠瘿碱的检测是评价植物转化是否成功的证据之一。Vir区不插入寄主植物基因组DNA中，但与T-DNA的转移有关，其缺失或突变不能使感染的植物出现发根。,Ri质粒,Ti质粒介导的转化方法,Ti质粒衍生的克隆转化载体必须具备以下的结构特点1）具有选择标记基因2）DNA复制起始位点3）TDNA右边缘序列4）单克隆位点5）vir区域方法：利用双元载体系统和共整合载体系统解决,共整合转化-载体和农杆菌质粒重组过程,双元载体转化,花粉管通道法,将外源DNA片段在自花授粉后的特定时期注入柱头或花柱，外源DNA沿花粉管通道通过珠心进入胚囊，转化不具备细胞壁的受精卵或早期胚性细胞。由,microinjection,cell-to-cellinfection,病毒感染法：Virusescanbeusedasvectorsforwholeplants,转基因植物鉴定,1.选择性培养检测：利用抗生素标记基因筛选2.遗传标记检测：通常选择具有特殊遗传标记的质粒，常用的遗传标记有：-葡糖苷酸酶基因荧光素酶基因。3.目的基因检测：PCR，分子杂交技术,绿色荧光蛋白检测GFP产生绿色荧光蛋白，在395nm和490nm的波长下发出独特的绿色荧光。,第二节基因改良植物抗除草剂的转基因植物（最早进入田间生产，目前栽培面积最大）如Monsanto的抗除草剂草甘膦大豆抗虫转基因植物如Syngenta的Bt176抗虫玉米抗病转基因植物（抗病毒，抗真菌，抗细菌）抗环境胁迫转基因作物（温度、水分、化学物）植物发育调节基因工程（控制果实成熟，雄性不育，改良植物品质）医药领域中的转基因植物（利用植物作为生物反应器，生产药用蛋白、食用疫苗等）,遭受虫害的普通玉米抗虫的Bt转基因玉米,转基因植物的生产实践：,样品比较（左为普通棉花，右为兔毛转基因棉花）,抗除草剂大豆,实例：抗TMV（烟草花叶病毒）的转基因番茄,转基因番茄与非转基因番茄相比：毒性物质配糖生物碱（golycoalkaloids）的含量相同；糖及有机酸组成相同；多酚代谢产物组成相同；番茄提取物对肠道菌的影响相同，没有诱发回复突变。,土豆不宜带皮食用食用带皮土豆有害人体健康，因为土豆中含有有毒的配糖生物碱。这种配糖生物碱几乎全集中在土豆皮里，食用大量的配糖生物碱可以引起中毒。因此，土豆不宜带皮食用。即使带皮的土豆煮熟后将皮剥去，也会有部分的配糖生物碱渗入土豆内部，同样会引起中毒。,抗CMV病毒转基因番茄,抗CMV病毒转基因甜椒,转查尔酮合酶矮牵牛花,巨细胞病毒(CMV)是一种疱疹病毒,CMV感染可引起泌尿生殖系统、中枢神经系统、肝脏、肺、血液循环系统等病变,并与恶性肿瘤的发生可能有关。,实例：抗草胺磷转基因大豆,转基因大豆与原始品种相比：主要营养元素和抗营养因子无明显差别；不引起过敏反应，对啮齿类的动物是安全的；饲喂大鼠、鸡、乳牛、鲇鱼和鹌鹑，在饲料转化率及促进生长发育待方面无显著差异。,抗除草剂作物,实例：抗甲虫转基因马铃薯,转基因马铃薯与原始品种相比：Bt蛋白和NPTII蛋白对人无明显的过敏反应；蛋白质、脂肪、碳水化合物、可食纤维、灰分含量相同；维生素C、B6、B1、B3、烟酸、叶酸含相同；矿质无素钙、铜、铁、碘、磷、钾、钠、锌相同；抗营养因子茄碱含量相同；饲喂大鼠28天，两者在毛重、生长速率和器官毛重方面无差异,能杀死棉铃虫的棉花,抗虫棉与普通棉花的对比,转乙肝抗原基因的西红柿预防乙肝,上市的转基因食品,抗除草剂基因大豆抗虫基因玉米抗病毒基因油菜抗病毒土豆转抗虫基因棉花,上市的转基因食品,脂肪含量高,含-胡萝卜素,第三节转基因植物的安全性,它是保存和增强还是动摇和耗竭了这颗行星上的生物多样性？它是易于调节的还是最终失控的？它是保护了将来的人类和与之共存的其他生物的选择权还是减少了他们的机会？它是提高还是减少了对生命的尊重？总的来看，它是否利大于弊？,转基因食品,安全吗?!,安全与否