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第三章 1 植物基因工程

第三章 1 植物基因工程. 概况 ： 1 、植物的遗传学特性 2 、植物转基因的克隆与分离 3 、植物转基因研究常用的基因类型 4 、植物基因转移的载体：病毒和质粒 5 、培养转基因植物的方法 6 、利用转基因技术研究基因的表达与调控 7 、利用转基因植物生产外源蛋白 8 、转基因植物的研究成果与安全性评价. 两个封面的故事. 1 ）今年 4 月中国科学家完成了全世界第一张籼稻基因组草图。

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第三章 1 植物基因工程

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Presentation Transcript

  1. 第三章1 植物基因工程 概况 ： 1、植物的遗传学特性 2、植物转基因的克隆与分离 3、植物转基因研究常用的基因类型 4、植物基因转移的载体：病毒和质粒 5、培养转基因植物的方法 6、利用转基因技术研究基因的表达与调控 7、利用转基因植物生产外源蛋白 8、转基因植物的研究成果与安全性评价

  2. 两个封面的故事 1）今年4月中国科学家完成了全世界第一张籼稻基因组草图。 2）11月份，中国科学家又宣布完成水稻基因组第4号染色体的精确测序。 这两项重大成果，吸引国际顶尖学术杂志《科学》和《自然》均用上封面及“主打叙述”的形式予以强势报导。

  3. 里程杯的诞生 1）中国早在1992年，启动了中国籼稻为水稻基因组研究品种； 2）1996年率先在世界上完成水稻基因组物理图； 3）1998年承担第4号染色体精确测序任务（国际水稻基因组计化）； 4）2002年4月，完成世界第一张籼稻全基因组框架序列图； 5）11月完成98年承担任务。

  4. 系列成果 1.测定3500万个碱基对，覆盖第4号染色体98％区域，精确率高达 99.99％； 2.鉴定出4658个基因，并注释在染色体准确位置上； 3.首次完整测定出决定高等植物乃至高等生物染色体稳定性的着丝粒 序列，为研究其功能提供结构基础； 4.发现并鉴定了一些重复序列在染色体上的特异分布规律以及与基因 的位置关系； 5.鉴定了4号染色体上基因簇分布，预测了基因之间潜在的协同关系； 6.与籼稻广陆矮四号染色体230万个DNA碱基对进行了相应序列的同 源比较，报道了水稻2个主要亚种间基因组成、顺序及DNA序列水 平异同，发现籼稻基因组大于梗米可能从籼稻中进化而来。

  5. 科技部决定整合精兵投资两亿元 我国水稻研究整体水平已达国际领先，国家科 技部决定，将水稻功能基因组研究作为“十五”科研前沿项目，投资2亿元，整合全国优势兵力，重点开展水稻功能基因组研究，全力在水稻遗传密码破解上获取更多自主知识产权。

  6. 抗乙肝基因番茄熟了 • 1）只要一年吃上几个含有抗乙肝基因的西红柿就能代替乙肝疫苗，水果疫苗有望两年后上市； • 2）制定一套转基因食品生产流程； • 3）首批培育“疫苗番茄”分别用于乙肝和辅助治疗高血压、血友病及骨质疏松症； • 4）安全性：无选择标记；目的基因都是商品化的；完全隔绝，无其他物种不利基因的漂移；无环境污染，要通过中试，环境释放，生产试验，生产证书申报。 • 问题： • 1、表达水平1％要吃多少/天？ • 2、外源的疫苗蛋白经过消化、水解，如何保持疫苗活性？

  7. 植物的遗传学特征 • 1、具有自我受精的遗传特性； • 2、基因的突变或重组、缺失，遗传后果易于观察到； • 3、植物受到机械损伤后，易在伤口处长出愈伤组织的软组织； • 4、植物细胞以纤维素组成细胞壁，通常不能直接吸收外源DNA，用纤维素酶处理植物细胞，制备原生质体即可吸收外源DNA分子； • 5、植物染色体以多倍体形式存在，并导致体细胞变异频率高。

  8. 植物基因工程的主要内容 • 1、从种类繁多的植物群体中分离有用的目的基因； • 2、寻找或构建有价值的克隆载体； • 3、将重组载体通过体外转化等方法导入植物受体细胞，并整合到寄宿染色体基因组上； • 4、使获得带有外源基因的重组载体 DNA的植物细胞或组织，再生成形态正常的健康能育的植株； • 5、通过植物的有性过程，将良好的外源基因持续传递给后代。

  9. 第二节 植物基因的克隆与分离 • 一、根据基因的功能分离目的基因 • 二、根据mRNA特异性分离目的基因 • 三、根据DNA的插入作用分离目的基因 1）DNA标签法： 人为的给目的基因加上一段已知的序列标签。等于 DNA分子探针； 2）T－DNA标签法： 它是高等植物中一种非常有效的插入诱变剂和基因的标签。

  10. 第三节 植物基因工程研究常见的基因 • 1、选择标记基因 • 2、报告基因 • 3、抗虫抗病基因 • 4、非生物胁迫抗性基因 • 5、产物质量修饰基因 • 6、其他性状基因

  11. 第四节 植物基因转移的载体 一、病毒载体 1）单链RNA病毒 2）双链DNA植物病毒 3）单链的DNA病毒 二、质粒载体 1）病源土壤杆菌 2）植物冠婴病的诱发与细胞突增 3）Ti质粒的一次遗传特性 4）T-DNA的结构与功能 5）应用Ti质粒载体转移外源基因与生产转移基因植物

  12. 病毒载体的优点 • 1）植物病毒对宿体的感染是系列的，它能将基因组扩散到被感染植株的所有细胞； • 2）可以解决象玉米这样单子叶植物的外源基因的导入问题； • 3）重组病毒利用植物来生产大量外源蛋白。

  13. 病毒载体 • 1）单链RNA病毒：90％具有感染力的正链RNA（mRNA)； • 2）双链DNA病毒：花椰菜花病毒组是唯一的一群以双链DNA作为遗传物质的病毒，寄主范围狭窄； • 3）单链DNA病毒：在同一个蛋白质外壳内存在两条各长2.5Kb的单链DNA,单链A编码病毒外壳蛋白与复制有关的蛋白质，单链B则编码控制病毒从一个细胞转移到另一个细胞的运动蛋白。

  14. 二、质粒载体 1）病源土壤杆菌 2）植物冠婴病的诱发与细胞突增 3）Ti质粒的一次遗传特性 4）T-DNA的结构与功能 5）应用Ti质粒载体转移外源基因与生产转移基因植物

  15. 2、冠婴瘤细胞的特性 • 1）具有异常的失控生长能力，组织培养的冠婴细胞在无补加的植物激素下，也能生长良好； • 2）它的细胞壁长有若干特异性抗体位点，细胞壁上果胶部分的甲基化程度比正常细胞高得多； • 3）冠婴组织嫁接到健康植株上能形成新的冠婴肿瘤。

  16. Ti质粒的遗传特征 • 三种诱发冠婴瘤的遗传成分： • 1）T-DNA：是一种移位单元，是基因组中被转移并整合到染色体上的特定DNA片断。 • 2）Vir基因：编码反式作用蛋白质，是植物细胞转化的必要因子。 • 3）间接参与植物转化的基因，其表达产物功能是使细菌结合到感染细胞的创伤部位。

  17. Ti质粒的遗传功能 • 1、为根瘤土壤杆菌提供附着与植物细胞壁的能力； • 2、参与寄主细胞制造植物激素（生长素和分裂素）的能力； • 3、决定所诱导的肿瘤的形态特征和冠婴碱成分； • 4、赋予寄主菌株具有分解代谢各种冠婴碱化合物的能力； • 5、赋予寄主菌株对土壤杆菌所产生的细菌素的反应性； • 6、决定宿主菌株的植物寄主范围； • 7、具有对噬菌体的排外性，抑制噬菌体的生长与发育。

  18. T－DNA的结构与功能 • 结构： • 存在于植物细胞核中，占Ti质粒DNA的10％，控制三套基因：tms、 tmr、 tmt。 • 功能： • 1）随机整合在植物基因组不同位点上； • 2）整合胭脂碱T－DNA分子，简单、以单一片段形式存在； • 3）整合章鱼碱T－DNA分子，复杂、分开两片段形式存在。

  19. Ti质粒载体的应用 • 1）将目的基因DNA与Ti质粒构建重组的质粒分子； • 2）将重组载体分子转化大肠杆菌； • 3）通过细菌结合作用使外源DNA的iV重组质粒从大肠杆菌转移到根瘤土壤杆菌，外源DNA从iV转到Ti质粒上； • 4）将根瘤土壤杆菌接种至植物伤口部位，或用原生质体共培养方法转化植物细胞； • 5）经过愈伤组织或原生质体培养，再生出转基因植

  20. 第五节培育转基因植物的实验方法 • 1、Ti载体的改造与构建 • 2、根瘤土壤杆菌转化 • 3、植物细胞的转化 1）根瘤土壤杆菌介导的植物细胞转化 2）生物弹击法 3）化学刺激法 4）电穿孔法 5）显 微注射法 6）脂质体法 4、转基因植株的再生

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