《高等植物基因工程》ppt课件

1、第十七章第十七章 植物基因工程植物基因工程第十七章第十七章 高等植物基因工程高等植物基因工程三、 高等植物的基因转移系统二、 高等植物基因工程的根本概念一、 高等植物的遗传学特征四、 高等植物的基因表达系统五、 利用植物转基因技术研讨基因的表达调控六、 利用转基因植物消费功能蛋白和工业原料七、 植物转基因技术在植物种类改良中的运用一、一、 高等植物的遗传学特征高等植物的遗传学特征2.遗传操作的简易性遗传操作的简易性3.整株植物的再生性整株植物的再生性4.染色体的多倍体性染色体的多倍体性1. 植物的根本特征植物的根本特征1、植物的根本特征、植物的根本特征植 物低 等 植 物高 等 植 物无根、茎

2、、叶等分化器官合子不经胚直接发育为个体藻类 地衣含根、茎、叶、花、果分化器官合子经胚再发育为个体苔藓门 蕨类门 裸子门 被子门2、遗传操作的简易性、遗传操作的简易性 大多数高等植物具有自我授精的遗传特征，通常能产生大量的后代；而且借助于如风、重力、昆虫传播等自然条件，授精范围广、速度快、效率高。因此，即使是频率极低的基因突变和重组事件，其遗传后果也易被察看。 3、整株植物的再生性、整株植物的再生性 植物损伤后，会在伤口长出一块软组织，称为愈伤组织。假设将一小片鲜嫩的愈伤组织取下，放在含有适宜营养和植物生长激素的组织培育基中，那么这些细胞便会继续生长并分裂成悬浮液。将这些细胞涂在特定的固体培育基

3、上，就会长成新的幼芽，并且这些愈伤组织重新分化成为叶、根、茎，最终成为整株开花植物。 愈伤组织的细胞分化取决于植物生长素Auxins和分裂素Cytokinins的相对浓度。生长素与分裂素之比高，那么根部发育；生长素与分裂素之比低，那么茎部发育。 3、整株植物的再生性、整株植物的再生性 植物细胞通常不能有效地吸收外源DNA，由于它们具有纤维素构成的细胞壁。可用纤维素酶处置植物细胞壁，构成原生质体，待吸收DNA分子后，经过再生，再经过愈伤组织构成培育出整株植物。这项技术有一定的局限性，即大多数单子叶农作物如谷类作物很难从原生质再生出完好细胞。 4、染色体的多倍体性、染色体的多倍体性 很多高等植物拥

4、有比人类更大的基因组，并以多倍体的方式存在。大约三分之二的禾本科植物呈多倍体型，其染色体数目范围从24至144不等。这种多倍体植物在组织培育过程中呈现出较高的遗传不稳定性，导致体细胞变异。二、二、 高等植物基因工程的根本概念高等植物基因工程的根本概念第十七章第十七章 高等植物基因工程高等植物基因工程高等植物基因工程高等植物细胞基因表达技术高等植物转基因技术转基因植株植物工程细胞农作物遗传性状改良蛋白多肽物质大规模消费小分子化合物大规模消费高等植物基因工程的开展历程高等植物基因工程的开展历程1983 年 美国和比利时科学家初次将外源基因导入烟草和胡萝卜 1994 年 世界上第一种耐贮藏的番茄在美

5、国同意上市 1995 年 转基因的抗虫、抗除草剂的玉米和棉花在美国投入消费2000 年 美国转基因大豆的种植面积初次超越普通大豆迄今为止 世界上共同意了12种作物、6大类性状的48个转基因种类进展商业化消费，其中包括水稻、玉米、马铃薯、小麦、黑麦、红薯、大豆、豌豆、棉花、向日葵、油菜、亚麻、甜菜、甘草、卷心菜、番茄、生菜、胡萝卜、黄瓜、芦笋、苜蓿、草莓、木瓜、猕猴桃、越橘、茄子、梨、苹果、葡萄等。三、三、 高等植物的基因转移系统高等植物的基因转移系统第十七章第十七章 高等植物基因工程高等植物基因工程1、Ti 质粒介导的整合转化程序质粒介导的整合转化程序2、植物病毒介导的转染程序、植物病毒介导的

6、转染程序3、植物细胞的直接转化程序、植物细胞的直接转化程序4、植物原生质体的再生程序、植物原生质体的再生程序1、Ti 质粒介导的整合转化程序质粒介导的整合转化程序 几乎一切的双子叶植物尤其是豆科类植物的根部经常会构成根瘤，这是由于植物根部被一种革兰氏阴性土壤杆菌农杆根瘤菌A.tumefaciens感染所致，其致瘤特性是由该菌细胞内的野生型质 粒 T i T u m o r - i n d u c i n g 介 导 的 。 Ti 质粒的构造与功能质粒的构造与功能Ti 质粒的构造与功能质粒的构造与功能LBRBAuxiniaa Miaa H( tms )Cytokininipt Z( tmr )O

7、pine( tmt )Opine代 谢 区复 制 起 始 区Vir区Ti plasmidTi 质粒的图谱质粒的图谱区代谢区复制起始区整个质粒整个质粒 160 - 240 kb其中其中 T-DNA 12 - 24 kbtms 的编码产物担任：的编码产物担任： 合成吲哚乙酸合成吲哚乙酸tmr 的编码产物担任：的编码产物担任： 合成植物分裂素合成植物分裂素tmt 的编码产物担任：的编码产物担任： 合成氨基酸衍生物合成氨基酸衍生物 冠瘿碱冠瘿碱T-DNATi 质粒的构造与功能质粒的构造与功能Ti 质粒致瘤的分子机制质粒致瘤的分子机制损伤的植物根部会分泌出乙酰损伤的植物根部会分泌出乙酰丁香酸和羟基乙酰丁

8、香酸，它丁香酸和羟基乙酰丁香酸，它们能诱导们能诱导TiTi质粒上的质粒上的virvir基因以基因以及根瘤菌染色体上的一个支配及根瘤菌染色体上的一个支配子表达。子表达。virvir基因产物将基因产物将TiTi质粒质粒上的上的T-DNAT-DNA单链切下，而根瘤菌单链切下，而根瘤菌染色体上的支配子表达产物那染色体上的支配子表达产物那么与单链么与单链T-DNAT-DNA结合构成复合物结合构成复合物，后者转化植物根部细胞。，后者转化植物根部细胞。植物根部乙酰丁香酸羟基乙酰丁香酸植物细胞Ti 质粒单链 T-DNA根瘤菌细胞Ti 质粒的构造与功能质粒的构造与功能T-DNA的染色体整合机制的染色体整合机制表

9、达特异性核酸内切酶单链T-DNA整合在植物的基因组上在LB和RB的第三和第四个碱基之间切开LBRBOpineVirTi plasmidT-DNAT-DNALBRBT-DNA的染色体整合机制的染色体整合机制Ti 质粒的构造与功能质粒的构造与功能Ti 质粒的改造质粒的改造除去除去T-DNAT-DNA上的生长素上的生长素tmstms和分裂素和分裂素tmrtmr生物合成基因，由生物合成基因，由于大量的生长素和分裂素会遏止细胞再生长为整株植物；于大量的生长素和分裂素会遏止细胞再生长为整株植物； 除去除去T-DNAT-DNA上的有机碱生物合成基因上的有机碱生物合成基因tmttmt；由于有机碱的合成大；由于

10、有机碱的合成大量耗费精氨酸和谷氨酸，影响植物细胞的生长；量耗费精氨酸和谷氨酸，影响植物细胞的生长；安装大肠杆菌复制子，使其能在大肠杆菌中复制，以利于克隆操作；安装大肠杆菌复制子，使其能在大肠杆菌中复制，以利于克隆操作；安装植物细胞的挑选标志，如安装植物细胞的挑选标志，如 neor neor 基因，运用植物基因的启动子基因，运用植物基因的启动子和和polyApolyA化信号序列；化信号序列；安装多聚人工接头以利于外源基因的克隆。安装多聚人工接头以利于外源基因的克隆。除去除去 Ti Ti 质粒上的其它非必需序列，最大限制地缩短载体的长度；质粒上的其它非必需序列，最大限制地缩短载体的长度；共整合转化

11、程序共整合转化程序大肠杆菌质粒大肠杆菌筛选标记农杆菌筛选标记多克隆位点重组质粒转化大肠杆菌农杆菌细菌接合T-DNA区同源整合农杆菌感染植物根部细胞T-DNA区整合在植物细胞基因组上二元整合转化程序二元整合转化程序LBRBT-DNA外源基因植物细胞筛选标记 Kmr大肠杆菌-农杆菌穿梭质粒大肠杆菌筛选标记农杆菌筛选标记农杆菌ori大肠杆菌ori将外源基因克隆在大将外源基因克隆在大肠杆菌肠杆菌- -农杆菌穿越质农杆菌穿越质粒的粒的T-DNAT-DNA区内；区内；重组质粒直接转化农重组质粒直接转化农杆菌株，该菌株携带杆菌株，该菌株携带只含只含virvir区不含区不含T-DNAT-DNA区的区的TiTi

12、辅助质粒；辅助质粒；以上述重组农杆菌感以上述重组农杆菌感染植物细胞。染植物细胞。2、植物病毒介导的转染程序、植物病毒介导的转染程序 随着植物病毒分子生物学及遗传学研讨的不断深化，用病毒基因随着植物病毒分子生物学及遗传学研讨的不断深化，用病毒基因组作为载体转化植物细胞日益遭到人们的注重，由于病毒载体能将外组作为载体转化植物细胞日益遭到人们的注重，由于病毒载体能将外源基因导入植物的一切组织和细胞中，而且不受单子叶或双子叶的限源基因导入植物的一切组织和细胞中，而且不受单子叶或双子叶的限制。制。 在大约在大约300300种特征清楚的植物病毒中，单链种特征清楚的植物病毒中，单链RNARNA病毒约占病毒约

13、占91%91%，双，双链链RNARNA病毒、双链病毒、双链DNADNA病毒、单链病毒、单链DNADNA病毒各占病毒各占3%3%。利用植物病毒载体。利用植物病毒载体转化植物细胞大致有以下两种战略：转化植物细胞大致有以下两种战略： 2、植物病毒介导的转染程序、植物病毒介导的转染程序 以双链以双链DNADNA病毒花椰菜花斑病毒病毒花椰菜花斑病毒CaMVCaMV基因组作为载体，去除基因组作为载体，去除有关的致病性基因，换上外源基因，体外包装成有感染力的病毒颗粒有关的致病性基因，换上外源基因，体外包装成有感染力的病毒颗粒，转染植物细胞原生质体，并由此再生成整株植物。，转染植物细胞原生质体，并由此再生成整

14、株植物。 (1). 转染植物细胞原生质体转染植物细胞原生质体植物病毒介导的转染程序植物病毒介导的转染程序 植物双生病毒植物双生病毒GeminivirusesGeminiviruses为一单链为一单链DNADNA病毒，成熟的双生病毒，成熟的双生病毒呈双颗粒状，每一个颗粒中含有一条不同的病毒呈双颗粒状，每一个颗粒中含有一条不同的DNADNA单链。其中单链。其中A A链能链能单独在植物细胞中复制，并含有一部分病毒包衣蛋白基因；单独在植物细胞中复制，并含有一部分病毒包衣蛋白基因；B B链编码链编码另一部分包衣蛋白基因及感染性基因。另一部分包衣蛋白基因及感染性基因。A A、B B两条链必需同处于一个植两

15、条链必需同处于一个植物细胞中，方能构成有感染力的病毒。双生病毒具有广泛的宿主细胞物细胞中，方能构成有感染力的病毒。双生病毒具有广泛的宿主细胞范围，因此是一种很有潜力的植物病毒载体。范围，因此是一种很有潜力的植物病毒载体。 (2)转染植物组织转染植物组织(2)转染植物组织转染植物组织双生病毒家族双生病毒家族成员蕃茄金花成员蕃茄金花叶病毒叶病毒TGMVTGMV克隆克隆表达载体的构表达载体的构建程序建程序 TGMV A 链TGMV dsDNA体外复制用目的基因和标记基因取代病毒包衣基因克隆穿梭质粒农杆菌筛选标记大肠杆菌筛选标记转化携带辅助质粒的农杆菌染色体上已整合了病毒B链基因的植物茎组织注射重组病

16、毒感染其他植物组织并表达目的基因3、植物细胞的直接转化程序、植物细胞的直接转化程序1枪击法枪击法 将待转化的将待转化的DNADNA沉淀在细小金属珠的外表，用特制枪沉淀在细小金属珠的外表，用特制枪将金属珠直接打入植物细胞，枪的威力为将金属珠直接打入植物细胞，枪的威力为430 m / s430 m / s，植，植物细胞通常是胚胎细胞、玉米籽、叶子等，但进去的物细胞通常是胚胎细胞、玉米籽、叶子等，但进去的DNADNA片段整合效率极低。片段整合效率极低。 2电击法电击法 将高浓度的质粒将高浓度的质粒DNADNA参与到植物细胞的原生质体悬浮参与到植物细胞的原生质体悬浮液中，混合物在液中，混合物在 200

17、 - 600 V / cm 200 - 600 V / cm 的电场中处置假设的电场中处置假设干秒钟，然后将原生质体在组织培育基中生长干秒钟，然后将原生质体在组织培育基中生长 1 - 2 1 - 2 周周，再生出整株植物。，再生出整株植物。 3交融法交融法 将外源将外源DNADNA与特殊的疏水性高分子化合物混合，在水中这些与特殊的疏水性高分子化合物混合，在水中这些疏水性化合物分子构成球状的脂质体，后者与植物细胞原生质体疏水性化合物分子构成球状的脂质体，后者与植物细胞原生质体交融，挑选交融子，再生植物细胞壁。交融，挑选交融子，再生植物细胞壁。 一切涉及到植物原生质体的基因转化方法均存在一个难题，

18、一切涉及到植物原生质体的基因转化方法均存在一个难题，即：原生质体很难再生出整株植物。即：原生质体很难再生出整株植物。 4花粉管导入法花粉管导入法 将外源将外源DNADNA沿着花粉管经过珠心进入尚未构成正常细胞壁的卵、沿着花粉管经过珠心进入尚未构成正常细胞壁的卵、合子或早期胚胎细胞中，从而实现基因的转移。这一方法是我国科学合子或早期胚胎细胞中，从而实现基因的转移。这一方法是我国科学家周光宇首先提出设计的，目前已运用于水稻、小麦、棉花、大豆、家周光宇首先提出设计的，目前已运用于水稻、小麦、棉花、大豆、花生、蔬菜等作物的转基因研讨。花生、蔬菜等作物的转基因研讨。 花粉管导入法的特点是直接、简便。它的

19、受体资料为植株整体，花粉管导入法的特点是直接、简便。它的受体资料为植株整体，省略了细胞组织培育的诱导和传代过程，排除了植株再生的妨碍，特省略了细胞组织培育的诱导和传代过程，排除了植株再生的妨碍，特别适宜于难以建立有效再生系统的植物。由于转化的是完好植株的卵别适宜于难以建立有效再生系统的植物。由于转化的是完好植株的卵细胞、受精卵或早期胚胎细胞，导入的细胞、受精卵或早期胚胎细胞，导入的DNADNA分子整合效率较高。分子整合效率较高。4、植物原生质体的再生程序、植物原生质体的再生程序 原生质体的再生效率在植物转基因技术中至关重要。规范的高等原生质体的再生效率在植物转基因技术中至关重要。规范的高等植物

20、原生质体制备和再生程序是：将植物嫩叶、幼芽或愈伤组织切成植物原生质体制备和再生程序是：将植物嫩叶、幼芽或愈伤组织切成碎片，浸入含有纤维素酶的缓冲液中保温；悬浮物离心除细胞碎片；碎片，浸入含有纤维素酶的缓冲液中保温；悬浮物离心除细胞碎片；将原生体悬浮液滴在无菌滤纸片上，并置于含有普通植物细胞即所将原生体悬浮液滴在无菌滤纸片上，并置于含有普通植物细胞即所谓的滋养细胞的固体再生培育基的外表，使原生质体与滋养细胞不谓的滋养细胞的固体再生培育基的外表，使原生质体与滋养细胞不直接接触，但可吸收由滋养细胞分泌分散出来的植物生长因子及其它直接接触，但可吸收由滋养细胞分泌分散出来的植物生长因子及其它化合物；培育

21、化合物；培育2-32-3周后，将滤纸上的植物细胞蔟转移至含有高浓度分周后，将滤纸上的植物细胞蔟转移至含有高浓度分裂素和低浓度生长素的固体培育基上继续培育裂素和低浓度生长素的固体培育基上继续培育2-42-4周，滤纸片上便长周，滤纸片上便长出嫩芽；将嫩芽置入含有低浓度生长素而无分裂素的固体培育基上，出嫩芽；将嫩芽置入含有低浓度生长素而无分裂素的固体培育基上，使其根部发育；大约使其根部发育；大约3 3周后再将之移植在土壤中，长成整株植物。周后再将之移植在土壤中，长成整株植物。 4、植物原生质体的再生程序、植物原生质体的再生程序四、四、 高等植物的基因表达系统高等植物的基因表达系统第十七章第十七章 高

22、等植物基因工程高等植物基因工程 植物转基因技术已成为研讨和改良植物遗传资源的强有力工具，植物转基因技术已成为研讨和改良植物遗传资源的强有力工具，其中启动子是决议基因表达部位、时间、强度的主要调控元件。花椰其中启动子是决议基因表达部位、时间、强度的主要调控元件。花椰菜花斑病毒菜花斑病毒CaMVCaMV的的35S35S启动子能在许多植物物种中的几乎一切发育阶启动子能在许多植物物种中的几乎一切发育阶段及一切组织中高效表达，它曾经被广泛用于构建转基因植株。段及一切组织中高效表达，它曾经被广泛用于构建转基因植株。 在高等植物基因工程中，外源基因的时空特异性表达具有重要意在高等植物基因工程中，外源基因的时

23、空特异性表达具有重要意义，由于很多外源基因的表达产物对植物早期的生长和发育有影响，义，由于很多外源基因的表达产物对植物早期的生长和发育有影响，甚至会致死植株。甚至会致死植株。 四、四、 高等植物的基因表达系统高等植物的基因表达系统第十七章第十七章 高等植物基因工程高等植物基因工程外源基因的四环素诱导系统外源基因的四环素诱导系统外源基因的乙醇诱导系统外源基因的乙醇诱导系统外源基因的地塞米松诱导系统外源基因的地塞米松诱导系统外源基因的类固醇诱导系统外源基因的类固醇诱导系统1. 外源基因的四环素诱导系统外源基因的四环素诱导系统Tc-on型四环素诱导系统型四环素诱导系统CaMV 35S PPlant

24、nos tTetRE.coli tetR四环素阻遏蛋白基因表达盒四环素阻遏蛋白基因表达盒CaMV 35S PPlant nos tb-b-葡糖醛酸糖苷酶报告基因葡糖醛酸糖苷酶报告基因 GUS GUS四环素诱导型报告基因表达盒四环素诱导型报告基因表达盒tet1. 外源基因的四环素诱导系统外源基因的四环素诱导系统Tc-on型四环素诱导系统型四环素诱导系统TetRCaMV 35S PPlant nos tb-b-葡糖醛酸糖苷酶报告基因葡糖醛酸糖苷酶报告基因 GUS GUStetCaMV 35S PPlant nos tb-b-葡糖醛酸糖苷酶报告基因葡糖醛酸糖苷酶报告基因 GUS GUStet显色反响

25、显色反响四环素四环素1. 外源基因的四环素诱导系统外源基因的四环素诱导系统Tc-off型四环素阻遏系统型四环素阻遏系统CaMV 35S PPlant nos ttTA交融蛋白交融蛋白tetRtTA激活因子表达盒激活因子表达盒CaMV 35S PPlant nos t荧光蛋白编码基因荧光蛋白编码基因 GFP四环素阻遏型报告基因表达盒四环素阻遏型报告基因表达盒tetVP161. 外源基因的四环素诱导系统外源基因的四环素诱导系统Tc-off型四环素阻遏系统型四环素阻遏系统CaMV 35S PPlant nos t荧光蛋白编码基因荧光蛋白编码基因 GFPtetCaMV 35S PPlant nos t

26、荧光蛋白编码基因荧光蛋白编码基因 GFPtet四环素四环素2. 外源基因的乙醇诱导系统外源基因的乙醇诱导系统CaMV 35S PPlant nos tAlcR巢曲霉菌巢曲霉菌 alcR转录激活因子表达盒转录激活因子表达盒CaMV 35S PPlant nos t氯霉素乙酰转移酶基因氯霉素乙酰转移酶基因 CAT CAT乙醇诱导型报告基因表达盒乙醇诱导型报告基因表达盒alcA 启动子控制区启动子控制区alcA 巢曲霉菌乙醇降解酶编码基因巢曲霉菌乙醇降解酶编码基因 2. 外源基因的乙醇诱导系统外源基因的乙醇诱导系统CaMV 35S PPlant nos tAlcR巢曲霉菌巢曲霉菌 alcR转录激活因

27、子表达盒转录激活因子表达盒CaMV 35S PPlant nos t氯霉素乙酰转移酶基因氯霉素乙酰转移酶基因 CAT CAT乙醇诱导型报告基因表达盒乙醇诱导型报告基因表达盒乙醇乙醇氯霉素抗性氯霉素抗性3. 外源基因的地塞米松诱导系统外源基因的地塞米松诱导系统CaMV 35S PPlant nos ttTA交融蛋白交融蛋白Yeast Gal4tTA激活因子表达盒激活因子表达盒Plant PPlant nos t荧光蛋白编码基因荧光蛋白编码基因 GFP地塞米松诱导型报告基因表达盒地塞米松诱导型报告基因表达盒Gal4 结合区结合区VP16地塞米松诱导系统地塞米松诱导系统Rat GR酵母转录因子酵母转

28、录因子Gal4大鼠激素受体蛋白大鼠激素受体蛋白单纯疱疹病毒转录激活因子单纯疱疹病毒转录激活因子3. 外源基因的地塞米松诱导系统外源基因的地塞米松诱导系统CaMV 35S PPlant nos ttTA交融蛋白交融蛋白Yeast Gal4VP16地塞米松诱导系统地塞米松诱导系统Rat GRPlant PPlant nos t荧光蛋白编码基因荧光蛋白编码基因 GFPGal4 结合区结合区地塞米松地塞米松3. 外源基因的地塞米松诱导系统外源基因的地塞米松诱导系统35S PpAcos tVP16地塞米松诱导型四环素抑制型系统地塞米松诱导型四环素抑制型系统GRtetR NLSpA35S tGUS35S

29、Ptet显色反响显色反响tetR tet 结合蛋白结合蛋白NLS 核定位信号序列核定位信号序列GR 激素受体蛋白激素受体蛋白VP16 转录激活因子转录激活因子GUS b-葡糖醛酸糖苷酶报告基因葡糖醛酸糖苷酶报告基因 四环素四环素地塞米松地塞米松4. 外源基因的类固醇诱导系统外源基因的类固醇诱导系统PG10-90E9 thER雌激素诱导型的外源基因表达系统雌激素诱导型的外源基因表达系统lexA VP16nos thptMCSlexA 细菌细菌 lexA 基因的基因的 DNA 结合区结合区VP16 病毒转录激活因子编码区病毒转录激活因子编码区MCS 外源基因多克隆位点外源基因多克隆位点hER 人雌

30、激素受体编码区人雌激素受体编码区hpt 潮霉素抗性基因潮霉素抗性基因 雌激素雌激素PNOSlexA O - 35S P3A tXVE转录激活因子表达盒转录激活因子表达盒潮霉素标志基因表达盒潮霉素标志基因表达盒外源基因表达盒外源基因表达盒lexA O LexA蛋白结合位点蛋白结合位点4. 外源基因的类固醇诱导系统外源基因的类固醇诱导系统蜕皮激素诱导型的外源基因表达系统蜕皮激素诱导型的外源基因表达系统35S Pnos tHEcR LBDGR DBDGRactVP16GUS35S Pnos tGRE交融转录因子交融转录因子显色反响显色反响蜕皮激素蜕皮激素GRact 激素受体转录激活区激素受体转录激活

31、区GR DBD 激素受体激素受体DNA结合区结合区HEcR LBD 昆虫激昆虫激素受体的配体结合区素受体的配体结合区五、利用植物转基因技术研讨基因的表达调控五、利用植物转基因技术研讨基因的表达调控第十七章第十七章 高等植物基因工程高等植物基因工程1 1、利用报告基因展现高等植物基因表达与调控的信息谱、利用报告基因展现高等植物基因表达与调控的信息谱2 2、利用病毒载体探查植物基因重排、利用病毒载体探查植物基因重排3 3、利用转座元件克隆植物基因、利用转座元件克隆植物基因4 4、利用、利用T-DNAT-DNA构建植物遗传突变株构建植物遗传突变株1 1、利用报告基因展现高等植物基因表达与调控的信息谱

32、、利用报告基因展现高等植物基因表达与调控的信息谱TPb-b-葡糖醛酸糖苷酶报告基因葡糖醛酸糖苷酶报告基因 GUS GUS应对调控元件应对调控元件转录调控因子转录调控因子卤代葡萄糖醛苷酸卤代葡萄糖醛苷酸 X-gluc X-gluc蓝色化合物蓝色化合物荧光素酶报告基因荧光素酶报告基因 GFP GFP发射荧光发射荧光昆虫荧光素昆虫荧光素2 2、利用病毒载体探查植物基因重排、利用病毒载体探查植物基因重排植物基因组植物基因组报告基因报告基因oriApr病毒载体病毒载体3 3、利用转座元件克隆植物基因、利用转座元件克隆植物基因植物基因组植物基因组Ac克隆克隆以以AcAc序列为探针杂交挑选序列为探针杂交挑选

33、4 4、利用、利用T-DNAT-DNA构建植物遗传突变株构建植物遗传突变株植物突变株基因组植物突变株基因组LB酶切酶切 衔接衔接 克隆克隆RBNTPIIpBR322卸下克隆的植物基因片段卸下克隆的植物基因片段重组克隆重组克隆DNADNA植物突变基因的植物突变基因的DNADNA片段片段杂交野生型植物基因组杂交野生型植物基因组基因序列分析基因序列分析阅历突变的野生型全长基因阅历突变的野生型全长基因六、利用转基因植物消费功能蛋白和工业原料六、利用转基因植物消费功能蛋白和工业原料第十七章第十七章 高等植物基因工程高等植物基因工程1、利用植物生物反响器消费医用蛋白、利用植物生物反响器消费医用蛋白2、利用

34、植物生物反响器消费食品或饲料添加剂、利用植物生物反响器消费食品或饲料添加剂3、利用植物生物反响器消费工业原料、利用植物生物反响器消费工业原料六、利用转基因植物消费功能蛋白和工业原料六、利用转基因植物消费功能蛋白和工业原料第十七章第十七章 高等植物基因工程高等植物基因工程转基因植物作为生物反响器的优势如下：转基因植物作为生物反响器的优势如下：植物易于生长，农田管理本钱相对低廉，操作技术要求也不高植物易于生长，农田管理本钱相对低廉，操作技术要求也不高绝大多数植物的表达产物对人和家畜无毒副作用，平安可靠绝大多数植物的表达产物对人和家畜无毒副作用，平安可靠植物具有完好的真核表达修饰系统，利用转基因植物

35、消费的重组蛋植物具有完好的真核表达修饰系统，利用转基因植物消费的重组蛋白药物和疫苗在分子构造和生物活性上，与人体来源的蛋白质类似白药物和疫苗在分子构造和生物活性上，与人体来源的蛋白质类似1、利用植物生物反响器消费医用蛋白、利用植物生物反响器消费医用蛋白 借助于根瘤农杆菌介导的转化系统，将小鼠抗体的轻链和重链编借助于根瘤农杆菌介导的转化系统，将小鼠抗体的轻链和重链编码基因分别置于两种烟草植物体内表达，然后两种重组植物品系进展码基因分别置于两种烟草植物体内表达，然后两种重组植物品系进展杂交，产生的子代植物能同时合成小鼠的轻链和重链两种多肽。从这杂交，产生的子代植物能同时合成小鼠的轻链和重链两种多肽

36、。从这种转基因烟草的叶子里可检测到完好的抗体分子，含量为叶细胞蛋白种转基因烟草的叶子里可检测到完好的抗体分子，含量为叶细胞蛋白总量的总量的1.5%1.5%。实验结果阐明，植物细胞的蛋白分泌系统可以有效识别。实验结果阐明，植物细胞的蛋白分泌系统可以有效识别小鼠抗体前体的信号肽序列。小鼠抗体前体的信号肽序列。 转基因烟草表达小鼠抗体转基因烟草表达小鼠抗体转基因烟草表达小鼠抗体转基因烟草表达小鼠抗体1、利用植物生物反响器消费医用蛋白、利用植物生物反响器消费医用蛋白 人葡萄糖脑苷脂酶人葡萄糖脑苷脂酶hGChGC是治疗高歇斯症是治疗高歇斯症Gausher diseaseGausher disease遗传

37、病的特效药，能够也称得上当今世界最昂贵的药物。每消费一个遗传病的特效药，能够也称得上当今世界最昂贵的药物。每消费一个剂量的剂量的hGChGC要耗费要耗费 2000-8000 2000-8000 只人类胎盘，因此这种药物不断供不应只人类胎盘，因此这种药物不断供不应求。美国求。美国VPIVPI研讨机构的专家将克隆的研讨机构的专家将克隆的hGChGC基因经改造导入到烟草中，基因经改造导入到烟草中，并获得高效表达。在每克这种转基因烟草的新颖叶片中，并获得高效表达。在每克这种转基因烟草的新颖叶片中，hGChGC的含量竟的含量竟高达高达1mg1mg，也就是说，从一株转基因烟草中就能产生出传统工艺需求耗，也

38、就是说，从一株转基因烟草中就能产生出传统工艺需求耗费数千只胎盘才干获得的药物。费数千只胎盘才干获得的药物。转基因烟草表达人葡萄糖脑苷脂酶转基因烟草表达人葡萄糖脑苷脂酶 2、利用植物生物反响器消费食品或饲料添加剂、利用植物生物反响器消费食品或饲料添加剂 果聚糖是果糖的多聚体，可被人体肠胃中的微生物发酵，刺激双果聚糖是果糖的多聚体，可被人体肠胃中的微生物发酵，刺激双歧杆菌生长，释放短链脂肪酸进入循环系统，保健价值高。歧杆菌生长，释放短链脂肪酸进入循环系统，保健价值高。3-63-6聚体的聚体的果聚糖有甜味，是低能量的助甜剂，有助于降低体重，因此国际上果果聚糖有甜味，是低能量的助甜剂，有助于降低体重，

39、因此国际上果聚糖的销售量很大。荷兰科学家把果糖基转移酶基因导入烟草和马铃聚糖的销售量很大。荷兰科学家把果糖基转移酶基因导入烟草和马铃薯中，在获得的转基因植株中，果聚糖含量占薯中，在获得的转基因植株中，果聚糖含量占8%8%干重以上，具有干重以上，具有良好的开发前景。良好的开发前景。转基因烟草和马铃薯消费果聚糖转基因烟草和马铃薯消费果聚糖2、利用植物生物反响器消费食品或饲料添加剂、利用植物生物反响器消费食品或饲料添加剂 在许多植物的种子中，磷元素主要是以肌醇在许多植物的种子中，磷元素主要是以肌醇-6-6-磷酸即植酸的磷酸即植酸的方式存在。单胃动物如猪和家禽几乎不能利用这些磷元素，因此必需方式存在。

40、单胃动物如猪和家禽几乎不能利用这些磷元素，因此必需在饲料中添加无机磷以满足动物营养的需求。在饲料中添加植酸酶那在饲料中添加无机磷以满足动物营养的需求。在饲料中添加植酸酶那么可以提高动物对植酸磷元素的利用率，减少动物粪便中磷酸盐含量么可以提高动物对植酸磷元素的利用率，减少动物粪便中磷酸盐含量，改善畜牧业兴隆地域磷酸盐富集化污染的程度。荷兰科学家从黑曲，改善畜牧业兴隆地域磷酸盐富集化污染的程度。荷兰科学家从黑曲霉菌中克隆到植酸酶基因，并将之导入到烟草的种子中表达。在饲料霉菌中克隆到植酸酶基因，并将之导入到烟草的种子中表达。在饲料中添加这种转基因烟草的种子便可到达良好的效果。中添加这种转基因烟草的种

41、子便可到达良好的效果。转基因烟草消费植酸酶转基因烟草消费植酸酶3、利用植物生物反响器消费工业原料、利用植物生物反响器消费工业原料 首批用于大规模消费并获得宏大经济效益的非食用性转基因植物首批用于大规模消费并获得宏大经济效益的非食用性转基因植物产品是工业用油，其中包括制造肥皂等去垢剂的十二碳月桂酸。油菜产品是工业用油，其中包括制造肥皂等去垢剂的十二碳月桂酸。油菜通常产生十八碳的不饱和脂肪酸，但只需在其体内表达另一个特殊的通常产生十八碳的不饱和脂肪酸，但只需在其体内表达另一个特殊的基因即可使转基因油菜改为合成月桂酸，并可使其含量提高到基因即可使转基因油菜改为合成月桂酸，并可使其含量提高到44%44

42、%。此。此外，鉴于油菜植物易生长且产量高的特点，人们还努力于用它来消费外，鉴于油菜植物易生长且产量高的特点，人们还努力于用它来消费其它工业用油，如可作光滑油和尼龙消费原料的芥酸以及用于麦淇淋其它工业用油，如可作光滑油和尼龙消费原料的芥酸以及用于麦淇淋制造的制造的6-6-十八碳烯酸等。十八碳烯酸等。 转基因油菜消费肉桂酸转基因油菜消费肉桂酸3、利用植物生物反响器消费工业原料、利用植物生物反响器消费工业原料 聚聚-b-b-羟基烷酸羟基烷酸PHAsPHAs和聚羟基丁酸和聚羟基丁酸PHBPHB两种构造类似的多两种构造类似的多聚体具有热塑性好、可被微生物完全分解的特性，因此被以为是最好聚体具有热塑性好、

43、可被微生物完全分解的特性，因此被以为是最好的无污染性塑料原料。的无污染性塑料原料。转基因拟南芥消费聚羟基丁酸转基因拟南芥消费聚羟基丁酸 将核细菌真养产碱菌的将核细菌真养产碱菌的PHBPHB生物合成基因导入拟南芥中，转基因植生物合成基因导入拟南芥中，转基因植物在整个生命周期中，物在整个生命周期中，PHBPHB的含量逐渐添加，并到达每克湿重植物产的含量逐渐添加，并到达每克湿重植物产1010毫克毫克PHBPHB的最大产量，大约相当于细胞干重的的最大产量，大约相当于细胞干重的14%14%。七、七、 植物转基因技术在植物种类改良中的运用植物转基因技术在植物种类改良中的运用第十七章第十七章 高等植物基因工

44、程高等植物基因工程1、控制果实成熟的转基因植物、控制果实成熟的转基因植物2、抗病虫害的转基因植物、抗病虫害的转基因植物3、抗除草剂的转基因植物、抗除草剂的转基因植物6、改动花卉外形和颜色的转基因植物、改动花卉外形和颜色的转基因植物4、抗环境压力的转基因植物、抗环境压力的转基因植物5、产高质量产物的转基因植物、产高质量产物的转基因植物1、控制果实成熟的转基因植物、控制果实成熟的转基因植物 蔬菜和水果成熟后，其组织呼吸速度和乙烯合成速度普遍加快，蔬菜和水果成熟后，其组织呼吸速度和乙烯合成速度普遍加快，并迅速导致果实伸展和腐烂。控制蔬菜水果细胞中乙烯合成的速度，并迅速导致果实伸展和腐烂。控制蔬菜水果

45、细胞中乙烯合成的速度，能有效延伸果实的成熟形状及存放期，为长途运输提供了有利条件，能有效延伸果实的成熟形状及存放期，为长途运输提供了有利条件，具有重要的经济价值。具有重要的经济价值。 植物细胞中的乙烯由植物细胞中的乙烯由S-S-腺苷甲硫氨酸经氨基环丙烷羧酸合成酶腺苷甲硫氨酸经氨基环丙烷羧酸合成酶ACCACC和乙烯合成酶和乙烯合成酶EFEEFE催化裂解而成。科学家采用反义催化裂解而成。科学家采用反义RNARNA技术封锁番茄细技术封锁番茄细胞中上述两个酶编码基因的表达，由此构建出的重组番茄的乙烯合成胞中上述两个酶编码基因的表达，由此构建出的重组番茄的乙烯合成量分别仅为野生植物的量分别仅为野生植物的

46、3%3%和和0.5%0.5%，明显增长了番茄的保管期。，明显增长了番茄的保管期。1、控制果实成熟的转基因植物、控制果实成熟的转基因植物植物体内乙烯的生物合成机制植物体内乙烯的生物合成机制2、抗病虫害的转基因植物、抗病虫害的转基因植物 昆虫对农作物的危害极大，全世界每年因此损失数千亿美圆。目昆虫对农作物的危害极大，全世界每年因此损失数千亿美圆。目前对付昆虫的主要武器仍是化学杀虫剂，它不但严重污染环境，而且前对付昆虫的主要武器仍是化学杀虫剂，它不但严重污染环境，而且还诱使害虫产生相应的抗性。将抗虫基因导入农作物是植物基因工程还诱使害虫产生相应的抗性。将抗虫基因导入农作物是植物基因工程的得意之笔，能

47、防止化学杀虫剂所呵斥的许多负面影响。目前，抗虫的得意之笔，能防止化学杀虫剂所呵斥的许多负面影响。目前，抗虫作物已占全球转基因作物的作物已占全球转基因作物的2222。用于构建抗虫害转基因植物常见的。用于构建抗虫害转基因植物常见的外源基因有苏云金芽孢杆菌的毒晶蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀外源基因有苏云金芽孢杆菌的毒晶蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、凝集素基因、脂肪氧化酶基因、几丁质酶基因、蝎粉酶抑制剂基因、凝集素基因、脂肪氧化酶基因、几丁质酶基因、蝎毒素、蜘蛛毒素基因等毒素、蜘蛛毒素基因等4040多个，其中毒晶蛋白基因、蛋白酶抑制剂基多个，其中毒晶蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因和凝集素

48、基因运用最为广泛。因和凝集素基因运用最为广泛。 细菌毒素蛋白编码基因的植物转基因程序细菌毒素蛋白编码基因的植物转基因程序3、抗除草剂的转基因植物、抗除草剂的转基因植物 在大田里，虽然每年破费上百亿美圆运用在大田里，虽然每年破费上百亿美圆运用100100多种化学除草剂，但多种化学除草剂，但杂草的生长仍使农作物减产杂草的生长仍使农作物减产10%10%。目前运用的除草剂特异性不强，或多。目前运用的除草剂特异性不强，或多或少会影响农作物的生长。利用转基因技术构建抗除草剂的重组植物或少会影响农作物的生长。利用转基因技术构建抗除草剂的重组植物可望处理这一问题，其战略包括：可望处理这一问题，其战略包括：抑制

49、农作物对除草剂的吸收抑制农作物对除草剂的吸收高效表达农作物体内对除草剂敏感的靶蛋白高效表达农作物体内对除草剂敏感的靶蛋白降低敏感性靶蛋白对除草剂分子的亲和性降低敏感性靶蛋白对除草剂分子的亲和性向农作物体内导入除草剂的代谢灭活才干向农作物体内导入除草剂的代谢灭活才干4、抗环境压力的转基因植物、抗环境压力的转基因植物 长期的植物生理学研讨结果阐明，植物对盐、碱、旱、寒、热等长期的植物生理学研讨结果阐明，植物对盐、碱、旱、寒、热等环境不利要素的自我调理才干很大程度上取决于细胞内的浸透压，提环境不利要素的自我调理才干很大程度上取决于细胞内的浸透压，提高浸透压往往能改善植物对上述环境不利要素的耐性。为到

50、达此目的高浸透压往往能改善植物对上述环境不利要素的耐性。为到达此目的至少有两种战略可供选择：一是高效表达能提高植物胞内浸透压的同至少有两种战略可供选择：一是高效表达能提高植物胞内浸透压的同源或异源蛋白；二是借助于蛋白质工程技术改动植物细胞内丰度较高源或异源蛋白；二是借助于蛋白质工程技术改动植物细胞内丰度较高的蛋白质的氨基酸组成，如在不影响蛋白质构造与功能的前提下适当的蛋白质的氨基酸组成，如在不影响蛋白质构造与功能的前提下适当提高脯氨酸残基的含量等。提高脯氨酸残基的含量等。 5、产高质量产物的转基因植物、产高质量产物的转基因植物 植物油大都是含有双键的不饱和脂肪酸，故在室温下呈液态。人植物油大都是含有双键的不饱和脂肪酸，故在室温下呈液态。人造黄油的制造是经过催化加氢使植物油熔点上升，这种工艺不但加工造黄油的制造是经过催化加氢使植物油熔点上升，这种工艺不但加工本钱很高，而且还会导致顺式双键转变为对安康不利的反式双键。利本钱很高，而且还会导致顺式双键转变为对安康不利的反式双键。利用反义用反义RNARNA技术，特异性灭活植物体内硬脂酰技术，特异性灭活植物体内硬脂酰-ACP-ACP脱饱和酶的编码基因脱饱和酶的编码基因，即可提高转基因油料作物中饱和脂肪酸的含量。，即可提高转基因油料作物中饱和脂肪酸的含量。 将不饱和脂肪酸转化为饱和脂肪酸将不饱和脂肪酸转化为饱和脂肪酸5、产高质