《转基因食品与安全》课件第三章 转基因技术基本理论

1、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。 转基因植物育种的程序基因分离体外重组转化转化体安全性评价结合常规育种转基因品种遗传稳定性评价市场开发载体的构建农杆菌介导基因枪轰击筛选First bi

2、otech plant product Flavr Savr tomato转基因植物 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。 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。 玉米是主要粮食

3、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。转基因玉米 转基因牵牛花 我国科学工作者用转基因技术，可以转变矮牵牛花的花色，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。 抗病的转基因番茄富含维生素A的金大米 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

4、含量。 转基因生菜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。转基因胡萝卜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导入受体细胞。（2）以生物体为载体的转化体系。（3

5、）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 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Ti质粒的优点：是天然转化载体系统，成功率高。T-DNA区

6、可容纳相当大的DNA片段。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。外源基因多以单拷贝插入，遗传稳定性好。Ti PlasmidT-DNA regionLeft borderRight bordervir genesori已知农杆菌附着到植物细胞后，只留在细胞间隙中。T-DNA首先在细菌中被加工、剪切、复制，然后转入植物细胞。auxinVir 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。核心区左边界右边界T-DNA的结构与功能LBRBLBRB农杆菌介

7、导的转化质粒的构建P G2 T NOSAmpr P G1 T目的基因报告基因，选择标记基因Vir区目的基因报告基因，选择标记基因LBRB4. 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（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

8、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。（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。特点：转化率高; 操作繁琐; 技术性高。 （五） 基因枪法（微弹轰击法）工作原理：将外源DNA包被在微小的

9、金粒或钨粒表面，在高压的作用下将微粒高速射入受体细胞或组织，微粒上的外源DNA进入细胞后，整合到植物染色体上并得到表达，从而实现外源基因的转化。动力类型：火药爆炸力； 高压气体； 高压放电操作步骤： （1）制备DNA微弹； （2）准备靶外植体材料； （3） DNA微弹轰击； （4） 培养轰击后的外植体 转化率影响因素金属微粒 金粉颗粒较钨粒性质优良，但是价格昂贵。DNA沉淀辅助剂 这些化合物对DNA在微粒上的黏附有重要作用，但对植物受体细胞也产生一定的伤害。DNA纯度及浓度 微弹速度植物材料内在因素 Bio-RadBiolistic DS-1000/He and Hepta System三、植

10、物转化的启动子启动子：是位于结构基因5 端上游的一段DNA序列，能够指导全酶同模板正确结合，活化RNA聚合酶，启动基因转录。 启动子的应用原则：来源不同的启动子表达频率有明显差异。通常来自单子叶植物的启动子在单子叶植物中表达效果好。在启动子和报告基因间插入单子叶植物的内含子可提在高单子叶植物中的表达。在启动子附近插入增强子能提高表达效率。四、用于生产植物性转基因食品的目的基因（一）抗虫基因使用的抗虫基因有三大类：（1）苏云金杆菌杀虫结晶蛋白（ICP）基因： 在芽孢形成过程中，产生大量伴孢晶体，伴孢晶体进入昆虫肠道后释放出毒素，造成昆虫消化道损伤。苏云金芽孢杆菌（Bt）的杀虫机理a）伴孢晶体含杀

11、虫晶体蛋白，是毒素前体。 昆虫吞食伴孢晶体 伴孢晶体分解 毒素前体 内毒素 结合到肠上皮细胞 细胞膜上形成孔 K+ 、Na+调解泵失效 ATP合成中断 细胞代谢停止 死亡b）Bt的芽孢被昆虫吞食后 在肠道中萌发 营养体 增殖 穿透细胞壁进入血液 败血症死亡在植物中发现有三种蛋白酶抑制剂： 丝氨酸蛋白酶抑制剂：豇豆中 巯基蛋白酶抑制剂： 金属蛋白酶抑制剂 （2）蛋白酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂（PI）：能阻碍昆虫对蛋白质的正常消化，可防止害虫突变产生耐性，抗虫谱广，对人畜没有毒副作用。（3）植物外源凝集素基因： 植物外源凝集素：是非免疫来源的糖蛋白或结合糖的蛋白质，它们能聚集细胞和沉淀糖蛋白。 原理

12、：在昆虫的消化道中，该物质与肠道周围细胞膜上的糖蛋白结合，从而影响营养的吸收，还能促进消化道中细菌的繁殖。（二）抗病基因：抗病基因分三大类： 1、抗植物病毒基因； 2、抗植物真菌病基因： 3、抗植物细菌病基因：（三）耐除草剂基因：耐除草剂基因工程主要有两种策略：（1）修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂不敏感。（2）引入酶或酶系统，在除草剂发生作用前将其降解或解毒。1 抗低温基因 基本措施是避免冰晶在植物体内的形成和阻止冰晶的生长。 可通过抗冻蛋白来实现。2 抗渗透胁迫（抗旱、抗盐）基因 渗透调节是植物抵御干旱和耐盐的主要方式。 甜菜碱和脯氨酸是主要的渗透调节物质。（四）抗逆基因：植物生长调节物质乙烯是导致细胞迅速成熟、衰老的关键物质。将乙烯合成的几个限速酶基因转入植物，对乙烯合成有重要调节作用，使成熟期脱后。（五）果实保鲜的