转基因植物详解PPT课件

1、转基因植物 将外源基因导入植物细胞，经组织培养，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。获得能够表达外源基因的植物称为转基因植物。 抗虫抗虫 抗病抗病 抗逆抗逆 生产药物生产药物第1页/共48页 由中国农科院开发的由中国农科院开发的BtBt棉对棉铃虫有显著的抗性，与对棉对棉铃虫有显著的抗性，与对照相比减少农药用量照相比减少农药用量8080。第2页/共48页中国中国黄金大米黄金大米事件事件第3页/共48页不会引起过敏的大豆不会引起过敏的大豆 第4页/共48页彩色玉米彩色玉米第5页/共48页基因工程基因工程总体技术路线总体技术路线第6页/共48页1983198

2、3年，转基因年，转基因烟草烟草问世问世 -世界上第一例转基因世界上第一例转基因植物。植物。19871987年，转基因年，转基因油菜、棉花油菜、棉花产生产生转基因转基因水稻、水稻、玉米玉米、小麦小麦、甘薯等陆续出现。、甘薯等陆续出现。n 转基因作物商业化：遍布转基因作物商业化：遍布6 6大洲大洲n 预测：预测：20202020年世界上年世界上8080-90-90的农作物将是转基的农作物将是转基因植物因植物转基因植物研究发展第7页/共48页 受体材料的选择受体材料的选择 受体是指用于接受外源受体是指用于接受外源DNADNA的转化材料。良好的植的转化材料。良好的植物基因转化受体系统应满足如下条件：物

3、基因转化受体系统应满足如下条件：1 1、高效稳定的再生能力；、高效稳定的再生能力；2 2、受体材料要有较高的遗传稳定性；、受体材料要有较高的遗传稳定性；3 3、外植体来源方便，如胚和其它器官等；、外植体来源方便，如胚和其它器官等；4 4、对筛选剂敏感；、对筛选剂敏感；5 5、转化率高、转化率高。第8页/共48页常用的受体材料有以下几大类型常用的受体材料有以下几大类型: :1.1.愈伤组织再生系统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），分化培养化（带有目的基因质粒的农杆菌侵染），分化培养获得再生植

4、株。获得再生植株。优点：外植体来源广，繁殖快，易接受外源基因，优点：外植体来源广，繁殖快，易接受外源基因，转化效率高。转化效率高。缺点：遗传稳定性差、嵌合体，因此需要连续的再缺点：遗传稳定性差、嵌合体，因此需要连续的再生系统。生系统。第9页/共48页2.2.直接分化再生系统直接分化再生系统 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。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。缺点：材料局限，转化率低。3.3.原生质体

5、再生系统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。的再生受体系统之一。优点：高效、广泛地摄取外源优点：高效、广泛地摄取外源DNADNA或遗传物质，获得或遗传物质，获得基因型一致的克隆细胞，所获转基因植株嵌合体少，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；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。缺点：不易制备、再生困难和变异程度高。第10页/共48页4.4.胚状体再生系统胚状体再生系统是指具有胚胎性质的个体。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

6、基因能力优点：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。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。缺点：技术含量高，多数植物不易获得胚状体。5.5.生殖细胞受体系统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。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；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，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

7、粉粒浸泡法，子房微针注射法等如花粉管导入法，花粉粒浸泡法，子房微针注射法等第11页/共48页植物转基因的基本技术路线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、鉴定第12页/共48页第13页/共48页苏云金杆菌苏云金杆菌毒蛋白基因毒蛋白基因质粒载体质粒载体重组质粒构建重组质粒构建农杆菌农杆菌棉花棉花棉花细胞棉花细胞侵染转移侵染转移转基因棉花转基因棉花抗虫棉的构建第14页/共48页转基因方法转基因方法 直接导入法直接导入法 基因枪法（1987年） 载体介导法载体介导法：农杆菌介导转化法（1974年） 病

8、毒感染法病毒感染法第15页/共48页基因枪介导的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。它通过它通过高速飞行的金属颗粒将包被其外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的目的基因直接导入到受体细胞内内，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。 第16页/共48页基因枪转化的原理基因枪转化的原理第17页/共48页载体介导法：载体介导法：根癌农杆菌根癌农杆菌介导的基因转移：介导的基因转移：TiTi质粒质粒( (tumor-inducing plasmidtumor-inducing plasmid) ) 转移转移DNA

9、(transfer DNA(transfer DNA,T-DNA)DNA,T-DNA)Ti plasmid：双链共价：双链共价闭合环状闭合环状DNA分子，约分子，约150200Kb第18页/共48页农杆发根菌农杆发根菌的生物学特性的生物学特性 发根农杆菌（发根农杆菌（Agrobacterium Agrobacterium rhizogenesrhizogenes） ：土壤细菌，能侵：土壤细菌，能侵染大多数双子叶植物和少数单子叶染大多数双子叶植物和少数单子叶植物植物 RiRi质粒质粒( (root-inducing root-inducing plasmidplasmid) )：T TDNADN

10、A区、区、VirVir区两个区两个功能区功能区 T-DNAT-DNA区插入到寄主植物基因区插入到寄主植物基因组中，表达决定发根生长和冠组中，表达决定发根生长和冠瘿碱合成的基因，冠瘿碱的检瘿碱合成的基因，冠瘿碱的检测是评价植物转化是否成功的测是评价植物转化是否成功的证据之一证据之一 。 VirVir区不插入寄主植物基因组区不插入寄主植物基因组DNADNA中，但与中，但与T-DNAT-DNA的转移有关，的转移有关，其缺失或突变不能使感染的植其缺失或突变不能使感染的植物出现发根。物出现发根。LBRBviroriABGCDEopinecatabolismHairy root genesand opin

11、e synthaseT-DNARiRi质粒第19页/共48页第20页/共48页TiTi质粒介导的转化方法质粒介导的转化方法TiTi质粒衍生的克隆转化载体必须具备以下的质粒衍生的克隆转化载体必须具备以下的结结构构特点特点1 1）具有选择标记基因）具有选择标记基因2 2）DNADNA复制起始位点复制起始位点3 3）T TDNADNA右边缘序列右边缘序列4 4）单克隆位点）单克隆位点5 5）virvir区域区域方法：利用方法：利用双元载体系统双元载体系统和共和共整合载体整合载体系统解系统解决决第21页/共48页共整合转化共整合转化-载体和农杆菌质粒重组过载体和农杆菌质粒重组过程程第22页/共48页双

12、元载体转化双元载体转化第23页/共48页花粉管通道法花粉管通道法 将外源将外源DNADNA片段在自花授粉后的特定时期注片段在自花授粉后的特定时期注入入柱头或花柱，外源柱头或花柱，外源DNADNA沿花粉管通道通过珠心沿花粉管通道通过珠心进进入胚囊，转化不具备细胞壁的受精卵或早期入胚囊，转化不具备细胞壁的受精卵或早期胚性胚性细胞。细胞。由由第24页/共48页microinjectioncell-to-cell infection病毒感染法：病毒感染法：Viruses can be used as vectors for whole plants第25页/共48页转基因植物鉴定转基因植物鉴定1.1.

13、选择性培养检测：利用抗生素标记基因筛选选择性培养检测：利用抗生素标记基因筛选2.2.遗传标记检测：通常选择具有特殊遗传标记的质遗传标记检测：通常选择具有特殊遗传标记的质 粒，常用的遗传标记有：粒，常用的遗传标记有：-葡糖苷酸酶基因葡糖苷酸酶基因荧荧光素酶基因。光素酶基因。3.3.目的基因检测：目的基因检测：PCRPCR，分子杂交技术，分子杂交技术第26页/共48页绿色荧光蛋白检测绿色荧光蛋白检测GFPGFP产生绿色荧光蛋产生绿色荧光蛋白，白，在在395nm395nm和和490nm490nm的波长下发出的波长下发出独特的绿色荧光。独特的绿色荧光。第27页/共48页第二节第二节 基因改良植物基因改

14、良植物抗除草剂的转基因植物抗除草剂的转基因植物（最早进入田间生产，目前栽（最早进入田间生产，目前栽培面积最大）如培面积最大）如 Monsanto Monsanto 的抗除草剂草甘膦大豆的抗除草剂草甘膦大豆抗虫转基因植物抗虫转基因植物 如如 SyngentaSyngenta的的Bt 176Bt 176抗虫玉米抗虫玉米抗病转基因植物抗病转基因植物 （抗病毒，抗真菌，抗细菌）（抗病毒，抗真菌，抗细菌）抗环境胁迫转基因作物抗环境胁迫转基因作物 （温度、水分、化学物）（温度、水分、化学物）植物发育调节基因工程植物发育调节基因工程 （控制果实成熟，雄性不育，控制果实成熟，雄性不育，改良植物品质）改良植物品

15、质）医药领域中的转基因植物医药领域中的转基因植物（利用植物作为生物反应器，（利用植物作为生物反应器，生产药用蛋白、食用疫苗等）生产药用蛋白、食用疫苗等）第28页/共48页 遭受虫害的普通玉米遭受虫害的普通玉米 抗虫的抗虫的BtBt转基因玉转基因玉米米第29页/共48页转基因植物的生产实践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）抗除草剂大豆第30页/共48页实例：抗实例：抗TMVTMV（烟草花叶病毒）的转基因番茄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（golycoalkaloidsgolycoalkaloids）的含量相同； 糖及有机酸组成相同；

16、 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。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。渗入土豆内部，同样会引起中毒。第31页/共48页抗CM

17、VCMV病毒转基因番茄抗CMVCMV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。第32页/共48页实例：抗草胺磷转基因大豆实例：抗草胺磷转基因大豆转基因大豆与原始品种相比：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；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；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

18、差异。促进生长发育待方面无显著差异。第33页/共48页抗除草剂作物第34页/共48页实例：抗甲虫转基因马铃薯实例：抗甲虫转基因马铃薯转基因马铃薯与原始品种相比：转基因马铃薯与原始品种相比： BtBt蛋白和蛋白和NPTIINPTII蛋白对人无明显的过敏反应；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；蛋白质、脂肪、碳水化合物、可食纤维、灰分含量相同； 维生素维生素C C、B6B6、B1B1、B3B3、烟酸、叶酸含相同；、烟酸、叶酸含相同； 矿质无素钙、铜、铁、碘、磷、钾、钠、锌相同；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；抗营养因子茄碱含量相同； 饲喂大鼠饲喂大鼠2828天，两者在毛重、生长速率和器官毛重方面天，两者在毛重、生长速率和器官毛重方面无差异无差异 第35页/共48页能杀死棉铃虫的棉花第36页/共48页抗虫棉与普通棉花的对比第37页/共48页转乙肝抗原基因的西红柿转乙肝抗原基因的西红柿预防乙肝预防乙肝第38页/共48页上市的转基因食品 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 转抗虫基因棉花第39页/共48页上市的转基因食品脂肪含量高脂肪含量高含含-胡萝卜素胡萝卜素第40页/共48页第三节第三节 转基因植物的安全性转基因植物的安全性 它是保存和增强还是动