园艺植物采后生物技术课件

1、园艺产品贮藏运销学园艺植物采后生物技术园艺产品贮藏运销学园艺植物采后生物技术园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学人口问题污染能源疾病食品安全人民网中国公众健康网园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学人口问题污染能源园艺产品贮藏运销学主要内容一、园艺产品采后特性的改良二、园艺产品采后特性相关机理的解析三、高通量分析技术在园艺植物采后研究中的应用四、采后生物技术展望园艺产品贮藏运销学主要内容一、园艺产品采后特性的改良园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学一、园艺产品采后特性的改良基因工程细胞工程园艺产品采后性状改良的实例园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学一、园艺产品采后园艺产品贮藏运销学经典生物技术

2、应用及发展Wikipedia, the free encyclopedia/238794.html园艺产品贮藏运销学经典生物技术应用及发展Wikipedi园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学生物技术 以生命科学为理论基础，利用生物体系和工程学原理，在离体条件下对细胞进行遗传改良或使其增殖，以生产生物制品或创造新物种为目的的一门综合性技术。基因工程: DNA, Gene细胞工程: Cell酶工程: Enzyme发酵工程:Fermentation1234园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学生物技术 采后生物技术？理解园艺植物采后生物学变化的分子基础（相关基因）理解园艺植物采后成熟和衰老相关物质的代

3、谢途径利用现代生物学原理或技术手段来认识园艺产品采后生物学特性，通过人为调控达到方便运输、减少腐烂、延长贮藏寿命和货架期、提高经济效益等研究内容的总称一、应用：采后改良或调控二、基础研究：基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学目的调节成熟期改变贮藏性能延缓衰老方便运输采后生物技术？理解园艺植物采后生物学变化的分子基础（相关基因园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学 按科研或生产需要，在分子水平上，用人工方法提取或合成不同生物的遗传物质（DNA片段），在体外切割，拼接形成重组DNA,然后将重组DNA与载体的遗传物质重新组合，再将其引入到没有该DNA的受体细胞中，

4、进行复制和表达，生产出符合人类需要的产品或创造出生物的新性状，并使之稳定地遗传给下一代。 一、基因工程园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学 园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学目的基因分离、PCR扩增法已知序列（同源序列）；、人工合成；、cDNA文库法，丰富表达的基因；、图位克隆法：先利用分子标记将目标基因定位到某条染色体的特定位置，再利用染色体步移逐步接近目的基因。园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学目的基因分离、园艺产品贮藏运销学载体单元载体、双元载体园艺产品贮藏运销学载体单元载体、双元载体园艺产品贮藏运销学载体园艺产品贮藏运销学载体园艺产品贮藏运销学载

5、体园艺产品贮藏运销学载体园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学单元载体双元载体园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学单元载体园艺产品贮藏运销学基因工程基本步骤载体必须具备3个基本条件：1、宿主细胞中自我复制，并稳定保存2、限制性内切酶3、重组DNA分子选择标记的遗传标记传统酶切法构建载体园艺产品贮藏运销学基因工程基本步骤载体必须具备3个基本条园艺产品贮藏运销学GateWay重组法构建载体园艺产品贮藏运销学GateWay重组法构建载体园艺产品贮藏运销学外源基因的转化、根癌农杆菌介导的基因转移技术； 简单易行、应用范围广、稳定性好、基因枪； 钨或金颗粒（0.55um）；不受宿主限制、受体类型 广、简单

6、迅速但成本高、原生质体直接转基因技术 PEG；再生困难成为限制因素园艺产品贮藏运销学外源基因的转化、根癌农杆菌介导的基因园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学根癌农杆菌-柑橘根癌农杆菌-柑橘园艺产品贮藏运销学根癌农杆菌-番茄园艺产品贮藏运销学5 weeks7weeks13weeks10weeksShoot inductionRootinduction园艺产品贮藏运销学根癌农杆菌-番茄园艺产品贮藏运销学根癌农杆菌-花盘法-拟南芥Methods to Transfer Foreign Genes to Plants根癌农杆菌-花盘法-拟南芥Methods to Transf园艺产品贮藏运销学或者PE

7、G园艺产品贮藏运销学或者PEG园艺产品贮藏运销学 转化体的筛选园艺产品贮藏运销学报告基因选择标记基因分子检测-葡萄糖醛酸酶（GUS)；绿色荧光蛋白（GFP）；氯霉素乙酰转移酶（CAT)等氯霉素磷酸转移酶（npt）；潮霉素磷酸转移酶基因（hpt）；抗除草剂基因（bar）；PCR；Southern等园艺产品贮藏运销学 转化体的筛选园艺产园艺产品贮藏运销学抗性标记基因GFP染色GUS染色Plant Mol Biol Rep (2013) 31:6474园艺产品贮藏运销学抗性标记基因GFP染色GUS染色Pla园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学转化体表达检测表达检测：Northern；RT-PCR;

8、Real-time PCR；Western等Southern园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学转化体表达检测表GGPPPhytoenePhytofluene-caroteneLycopene-CaroteneLuteinZeaxanthin-CaroteneViolaxanthin-cryptoxanthin 转基因植株田间表现GGPPPhytoenePhytofluene-carot园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学抗寒色素调控Plant physiology 2013 (162), 11781194PLoS ONE 7(2): e32221 转基因植株田间表现园艺产品贮藏运销学园艺产品

9、贮藏运销学抗寒色素调控Pl园艺产品贮藏运销学二、反义基因技术园艺产品贮藏运销学根据核酸杂交原理设计针对特定靶序列的反义核酸，从而抑制特定基因的表达 Protein园艺产品贮藏运销学二、反义基因技术园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学、反义基因（antisense)园艺产品贮藏运销学、反义基因（antisense)园艺产品贮藏运销学/content/genetherapy/gtapproaches/突变基因翻译成突变蛋白，抑制正常蛋白的功能、显性失活（dominant negatives）园艺产品贮藏运销学http:/learn.genetiCurrent Biology 23, 1094110

10、0, June 17, 20132 months DAHDel/Ros1WToverripe red 转基因植株田间表现Current Biology 23, 10941100,园艺产品贮藏运销学3、Talen,CRISPERhttp:/www.ozyme.fr/produits/precisionx-crispr-extinction-genes.asp园艺产品贮藏运销学3、Talen,CRISPERhttp园艺产品贮藏运销学4、病毒介导转化VIGS园艺产品贮藏运销学4、病毒介导转化VIGS园艺产品贮藏运销学三、细胞工程园艺产品贮藏运销学概念：应用细胞生物学和分子生物学方法，通过类似于工程学

11、的步骤在细胞水平上按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质，以获得新型生物或特种细胞产品的一门综合性科学技术。园艺产品贮藏运销学三、细胞工程园艺产品贮藏运销学概念园艺产品贮藏运销学柑橘细胞工程园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学柑橘细胞工程园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学四、园艺产品性状改良应用园艺产品贮藏运销学成熟期硬度色泽香气调控园艺产品贮藏运销学四、园艺产品性状改良应用园艺产品贮藏园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学调控成熟期园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学调控成熟期园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学调控乙烯合成、信号途径导入ACS反义基因抑制ACS酶活性延长番茄耐贮性（Oelle

12、r，1991）导入反义ACO基因抑制ACO酶活性延长番茄耐贮性（Hamilton，1990；叶志彪，1996）导入ACS反义基因抑制ACS酶活性延长苹果耐贮性（Dandeker，1991）导入反义ACO基因抑制ACO酶活性延长甜瓜耐贮性（Flores，2001）/organic-gardening/grow-tomatoes-in-tire-zmaz76jaztak.aspxhttp:/www.ornamental-trees.co.uk/red-falstaff-apple-tree-pp589/jiankang/jibing/5518.html园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学调控乙烯合

13、成、信园艺产品贮藏运销学提高果实硬度、增强其抗机械损伤、抗真菌感染等品质。与降解细胞壁的酶类：果胶裂解酶（PL）、果胶酯酶（PE）、纤维素酶（CEL）、扩展蛋白（EXP）等利用反义技术抑制草莓果实中果胶裂解酶基因PL的表达，使PL的mRNA水平显著降低，果实硬度增加，货架期增长（Jimenez-Bermudez等，2002）。利用反义技术抑制番茄果实中果胶酯酶基因PE的表达，使番茄果实PE活性降低，其成熟过程中果实软化速率下降。园艺产品贮藏运销学园艺产品贮藏运销学提高果实硬度、增强其抗机械损伤、抗真菌园艺产品贮藏运销学色泽、花型改良园艺产品贮藏运销学Genet. Mol. Res. 14 (2

14、): 5010-5021 (2015)园艺产品贮藏运销学色泽、花型改良园艺产品贮藏运销学G园艺产品贮藏运销学二、园艺产品采后特性相关机理的解析理解采后特性相关机理，即哪些内在因素影响园艺产品的采后储运性能，是开展采后性状改良的前提。.in/horti/园艺产品贮藏运销学二、园艺产品采后特性相关机理的解析理解园艺产品贮藏运销学2.1 园艺产品采后细胞壁代谢的分子基础果实成熟过程质地的变化主要由细胞壁结构和成分的变化引起构成细胞壁的多糖（果胶、半纤维素、纤维素）的组成直接影响果实软化程度采用生物技术人为干预细胞壁代谢是调控园艺产品储藏特性的重要途径/cells/plants/cellwall.ht

15、ml园艺产品贮藏运销学2.1 园艺产品采后细胞壁代谢的分子基影响细胞壁代谢的关键酶/基因Brummell DA et al. 2004多聚半乳糖醛酸酶果胶甲酯酶水解半乳糖醛酸脱去半乳糖醛酸羧基上的甲醇基桃成熟发育过程影响细胞壁代谢的关键酶/基因Brummell DA et a园艺产品贮藏运销学多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase, PG）一种果胶解聚酶，催化果胶中半乳糖醛酸交联结构的水解断裂，PG的激活是果实软化的重要原因之一。Raymond et al., 1988 PG与果实成熟软化密切相关。 采后果实PG活性 果实 硬度 总果胶和原果胶含量 可溶性果胶含量 园艺产品贮藏运

16、销学多聚半乳糖醛酸酶（polygalact园艺产品贮藏运销学果胶酸裂解酶（Pectatelyase, PL）随机切断细胞壁半乳糖醛酸残基中的（1,4）-糖苷键，产生4,5-不饱和寡聚半乳糖醛酸。Postharvest softening of controls (C and G1) and Apel transgenic fruit (A22, A23, and A39). Jimnez-Bermdez S et al. Plant Physiol 2002;128:751-759Strawberry园艺产品贮藏运销学果胶酸裂解酶（Pectatelyase园艺产品贮藏运销学果胶甲酯酶（Pect

17、inmethylesterase, PME）PME活性决定多聚半乳糖醛酸去甲基化程度，而去甲基化的多聚半乳糖醛酸更易被PG降解。对成熟作用小，但影响细胞壁结构的完整性The Plant Cell, 1992; 4, 667-679园艺产品贮藏运销学果胶甲酯酶（Pectinmethyle园艺产品贮藏运销学其他细胞壁代谢相关酶-半乳糖苷酶（-galactosidase, TBG） L-阿拉伯糖苷酶（ L- arabinosidase）扩展蛋白（expansin, EXP）Molecules2014,19 (7), 9380-9402园艺产品贮藏运销学其他细胞壁代谢相关酶-半乳糖苷酶（园艺产品贮藏运

18、销学2.2 园艺产品成熟和衰老相关基因的表达与调控乙烯对园艺产品成熟的调控乙烯在园艺产品采后生理研究中最成功最深入H H / C = C / H HCover image from Science Vol. 241, no. 4869, 26 August 1988, reprinted with permission from AAAS; photo by Kurt Stepnitz, Michigan State University园艺产品贮藏运销学2.2 园艺产品成熟和衰老相关基因的表园艺产品贮藏运销学乙烯合成SAMACCC2H4ACSACORTE/GREBF1 and EBF2ETR

19、1 and others乙烯信号传递CTR1EIN2EIN3, EILsERF1 and ERFsETP1 and ETP2拟南芥上乙烯合成与信号调控/mediawiki-1.19.1/index.php/Time_of_fruit_ripening组成型三重反应基因园艺产品贮藏运销学乙烯合成SAMACCC2H4ACSACPlant Science 175 (2008) 106113系统I系统II转色成熟调节Plant Science 175 (2008) 1061Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd (Nature) Ha

20、milton, A.J., Lycett, G.W., and Grierson, D. (1990). Antisense gene that inhibits synthesis of the hormone ethylene in transgenic plants. Nature 346: 284-287 Copyright 1990. ControlACO antisenseEthylene production in ripening fruit乙烯释放量乙烯释放量机械伤处理果实转色Reprinted by permission from M园艺产品贮藏运销学乙烯信号系统乙烯受体的

21、鉴定利用乙烯感知突变体鉴定信号传递关键基因下游乙烯应答基因在果实成熟中的功能2.3 调控果实成熟的信号途径园艺产品贮藏运销学乙烯信号系统乙烯受体的鉴定2.3 调控Reprinted from Kendrick, M.D., and Chang, C. (2008). Ethylene signaling: new levels of complexity and regulation. Curr. Opin. Plant Biol. 11: 479-485 with permission from Elsevier. 受体与CTR1结合影响其活性没有乙烯时, CTR1激活，进而抑制乙烯释放乙烯

22、乙烯)(HResponsesOFFCTR1 (active)CTR1 (inactive)存在乙烯时, CTR1不激活，刺激乙烯释放ResponsesONEIN (active)Reprinted from Kendrick, M.D.,乙烯结合功能域NH2ETR1组氨酸激酶接受器结构域GAF结合功能域乙烯受体的乙烯结合功能域上存在三段跨膜结构域From Rodrguez, F.I., Esch, J.J., Hall, A.E., Binder, B.M., Schaller, G.E., and Bleecker, A.B. (1999). A copper cofactor for th

23、e ethylene receptor ETR1 from Arabidopsis. Science 283: 996-998, Reprinted with permssion from AAAS乙烯结合功能域NH2ETR1组氨酸激酶接受器结构域GAF结合NH2Abolishing ethylene binding causes a dominant ethylene-insensitive phenotypeFrom Rodrguez, F.I., Esch, J.J., Hall, A.E., Binder, B.M., Schaller, G.E., and Bleecker, A.B

24、. (1999). A copper cofactor for the ethylene receptor ETR1 from Arabidopsis. Science 283: 996-998, Reprinted with permssion from AAAS; Hall, A.E., Grace Chen, Q., Findell, J.L., Eric Schaller, G., and Bleecker, A.B. (1999). The relationship between ethylene binding and dominant insensitivity conferred by mutant forms of the ETR1 ethylene receptor. Plant Physiol. 121: 291-300.NH2Abolishing ethylene binding番茄乙烯信号From Wilkinson, J.Q., Lanahan, M.B., Yen, H.-C., Giovannoni, J.J., and Klee, H.J. (1995). An ethylene-inducible component of signal transduction encoded by N