植物转基因沉默的机制、对策

1、植物转基因沉默的机理、对策及应用。自1984年第一个转基因烟草诞生以来，转基因技术在植物育种中的应用受到了世界各国植物遗传育种家的广泛重视和研究。抗虫基因、抗除草剂基因、抗病基因、生理代谢调节基因和品质基因向主要农作物的转化取得了成功，培育的遗传改良品种在生产中得到广泛推广应用，取得了常规育种方法难以取得的成果。1.植物转基因、抗除草剂作物、转基因植物生产、抗虫棉、抗虫玉米、抗巨细胞病毒转基因番茄、抗巨细胞病毒转基因甜椒、查尔酮合酶转化矮牵牛花、细菌性斑点病的现状及应用前景。左边的植物已经被基因工程改造成了抗病基因，右边的植物是一个敏感的非工程品种。现在，脱咖啡因咖啡是通过处理咖啡豆来去除咖啡

2、因的。木瓜是一种富含维生素a和c的热带水果，但是容易受到一些严重的害虫和疾病的影响。抗番木瓜环斑病毒的转基因品种UH彩虹，目前正在夏威夷生产，转基因植物的发展趋势，1。抗逆基因和抗逆分子的培育，2。改善作物品质：高含油量，低饱和脂肪酸，高必需氨基酸，高营养(营养功能基因，维生素e)，3。生物反应器-含疫苗的作物，4。清除重金属作物等。植物转基因存在的问题：1 .转基因、技术和科学问题的沉默。转基因的概念沉默了，外源基因应该稳定地遗传并高度表达在当代和后代的转化植物中，从而达到转基因的目的。发现一些外源基因被转移到植物宿主中并与受体基因组整合，但该基因不表达或其表达水平降低，包括与外源基因同源的

3、内源基因。或者转基因的遗传特征随着其在后代中的繁殖而消失，这被称为转基因沉默或转基因失活。这是植物基因工程的实质性障碍。对于基因表达的理论研究，转基因植物的建立为研究目的基因的表达调控提供了极好的材料。通过深入研究，我们可以更好地了解天然植物利用同源或互补的核苷酸序列来调控基因在DNA水平上的表达，或调控基因在细胞质中的表达。转基因植物对生态环境和转基因食品安全性的影响用转基因马铃薯喂养小鼠的实验认为用转基因马铃薯喂养的小鼠免疫功能下降。尽管随后的研究未能重复这一结果，但这一研究结果的发表引起了全世界人民对转基因生物安全性的极大关注。将抗除草剂基因从转基因植物转移到相同或相近的物种将产生抗除草

4、剂杂草；外来基因对植物的遗传系统和生理代谢系统有什么潜在的影响？许多转基因植物的释放会对自然界的生态平衡和生物多样性产生什么影响？这些问题在科学家、社会学家、管理部门和普通人中间引起了对转基因工作的广泛争论。第二，转基因沉默的可能机制，基因沉默不是转化基因的丢失或突变，而是在转化子的当代或后代中整合到植物基因组中的外源基因的基因失活现象，并且其表达被抑制。基因沉默的主要原因、转基因的拷贝数和构型、转基因在基因组中的整合位点(位置效应)、转基因的转录水平和翻译水平、环境因素、发育因素、DNA修饰、组蛋白乙酰化程度、基因的生物保护性修饰和过度转录等.双链RNA作为起始因子或中间体，为不同的生物基因

5、沉默所共有。转基因沉默可分为两种类型：转录基因沉默(TGS)，发生在细胞核中。转录后基因沉默(PTGS)发生在细胞质中。不同的机制归结为核酸的相互作用，也就是说，DNA-DNA，RNA-DNA，RNA-RNA。转录水平的基因沉默是由于DNA甲基化、异染色质化和位置效应，使DNA不能转录成RNA，从而抑制其表达。根据目前的报道，几乎所有转基因沉默现象都与转基因及其启动子的甲基化有关。DNA甲基化始于启动子区，主要发生在基因的5启动子区。甲基化通常发生在DNA的气相色谱和CNG序列的C碱基上，这阻碍了转录因子与启动子的结合，并直接干扰了转录因子与启动子识别位点的结合，从而导致转录抑制。转录水平上的

6、基因失活通常与启动子的严重甲基化有关，而DNA其他部分的甲基化对基因转录的影响相对较小。由DNA甲基化引起的外源基因的沉默可以被逆转，并且可以通过使用去甲基化试剂来恢复外源基因的表达。转录基因沉默(TGS)，2020/7/1，18，1。DNA的拷贝数是DNA-DNA相互作用的结果，转基因沉默与转基因的拷贝数和构型有关。在一些研究报告中，人们认为多重拷贝的整合不会增加基因表达水平，但会导致DNA甲基化或其他基因失活的原因。与直接转化法相比，农杆菌介导的转化法拷贝数较少或只有一个拷贝。外源基因的低拷贝数不一定导致基因的完全表达，因此转基因的拷贝数对基因表达有不同的结果。倾向于制造多个拷贝导致基因沉

7、默。重复诱导的DNA甲基化正常细胞基因组DNA中不同位点的甲基化程度处于一定的平衡状态，并形成一定的空间结构特征。DNA串联重复序列或反向串联重复序列的转录(多拷贝转基因、转座子或基因突变等)。)在一个有机体的细胞核中产生dsRNA，它被核糖核酸酶酶切割成小干扰核糖核酸(SiRNA ),引起其同源DNA序列的甲基化。同时，siRNA或dsRNA可以直接与同源DNA配对，产生RNA-DNA复合物或RNA-DNA多链结构，从而破坏核基因组的平衡和空间结构特征。这种被破坏的结构成为宿主基因组防御系统的识别字母，因此这种异常结构被从头甲基转移酶识别和甲基化，导致转录水平的基因沉默。因为复制会导致甲基化

8、，所以一个位点的拷贝数越高，失活越严重。2.受体中外源基因的构型外源基因在目标基因组中的构型意味着外源基因的多个拷贝以正向或反向序列的形式整合在植物基因组中，这些构型导致不同程度的外源基因失活。(1)顺式失活，当基因的一个或多个拷贝整合到或接近超甲基化基因组序列时，转基因的顺式失活可能发生。通常指紧密连接的多个转基因拷贝，它们以正向或反向串联以使基因失活。这种结构在直接导入DNA时很常见，通常通过甲基化来实现。(2)反式失活，这实际上是顺式失活的复杂形式。这意味着转基因以顺式插入并作为消音器失活，这导致不同DNA分子上同源等位或非等位靶基因失活。当它们使目标基因沉默时，它们不会改变。3.位置效

9、应通过目前的转基因方法整合到基因组中的位置是随机的。由于染色质在基因组中的分布是不平衡的，外源基因整合到目标基因组中，即染色体的物理位置，直接决定了外源基因的表达。这种情况称为位置效应。(1)外源基因插入染色体的高度甲基化区或异染色质区，外源基因的甲基化导致基因沉默。(2)由于其不同的碱基组成和整合区域，外源基因被受体细胞的防御系统识别，并且该基因被沉默而不转录，这两者都属于转录水平调节的转基因沉默。a1，a2，d，c，e，f，igri，每个转基因大麦品系的根尖，4。脱氧核糖核酸甲基化脱氧核糖核酸甲基化可以关闭一些基因的活性，一旦去甲基化，它可以再次诱导基因的活性表达。它是植物发育和分化过程中

10、调节基因表达的手段之一，用于在时间和空间上调节基因表达。DNA甲基化也是植物细胞抵御外来遗传物质入侵最常用的现象。它能识别和甲基化不同于植物基因组DNA序列的外源基因，导致基因沉默。转录后基因沉默(PTGS)是一种核糖核酸-核糖核酸的关系。基因的启动子是活性的，基因可以被转录，但转录物不能被积累。转基因和内源基因具有很高的同源性，这抑制了转基因和内源基因的表达。这种现象在植物中被称为共抑制，也称为核糖核酸干扰。1990年，Napoli和他的同事研究了用chs基因转化的矮牵牛植物，发现了一种共抑制现象，即转基因植物同时抑制了相应的内源基因及其自身的表达，即CHS基因和内源基因同时被抑制，这被称为

11、“共抑制”。最重要的科学发现之一核糖核酸在许多生物体中，外源或内源核糖核酸(双链核糖核酸)被引入细胞，与双链核糖核酸同源的核糖核酸被降解，因此相应的基因在核糖核酸中被抑制。因为这是一种在核糖核酸水平上的基因表达抑制，它被称为核糖核酸干扰核糖核酸。RNAi是一种普遍存在的在RNA水平调节基因表达的方法，在细胞防御病毒感染和调节正常基因功能中起着重要作用。RNAi发现过程：1990年，Napoli等人将查尔酮合成酶基因(chs)插入一个强启动子，并将其引入矮牵牛，试图加深花朵的紫色。然而，意想不到的事情发生了：结果，一些花的颜色不是预期的深紫色，而是花瓣有斑点，甚至是白色的，这种特征可以遗传。什么

12、？1995年，康奈尔大学的郭等人在线虫研究中使用反义核糖核酸技术抑制par-1的表达，并注射有义核糖核酸(对照)，以消除线虫第一次分裂的不对称性。结果两种方法均抑制par-1基因。反义核酸技术理论不能合理解释这一结果。RNAi被提出，直到1998年2月，烈火A和梅洛C才首次解开这个谜。当他们纯化体外转录的单链核糖核酸并将其注射到线虫体内时，他们发现基因抑制作用变得非常弱；相反，纯化的双链核糖核酸可以有效和特异地阻断相应基因的表达。他们证实，郭等人遇到了有义核糖核酸抑制基因表达的现象，而以前的反义核糖核酸技术阻断了基因表达，这是由于体外转录获得的核糖核酸中的微量双链核糖核酸受到污染所致。这种现象

13、首次被称为核糖核酸干扰。RNAi广泛存在于自然界，然后RNAi现象广泛存在于大多数真核生物中，例如真菌、拟南芥、水螅、涡虫、锥虫和斑马鱼。这种存在表明RNAi可能出现在生命进化的早期。随着研究的深入，RNAi的机制正在逐渐被阐明。同时，作为功能基因组研究领域的有力工具，RNAi越来越受到重视。2006年诺贝尔生理学奖得主：安德鲁火克雷格梅洛，双链核糖核酸：长双链核糖核酸(200 NT)。Dicer是细胞质中的一种核酸内切酶，将DSRNA切割成几个具有特定长度和结构的小核糖核酸片段(约21 23 BP)，即siRNA。在细胞内核糖核酸解旋酶的作用下，siRNA被熔化成有义链和反义链，然后反义si

14、RNA与体内的一些酶(包括核酸内切酶、核酸外切酶、解旋酶等)结合。)形成核糖核酸诱导的沉默复合物(RISC)。SiRNA旋开RISC特异性结合外源基因表达的mRNA的同源区域。RISC具有核酸酶的功能，在结合位点切割信使核糖核酸，切割的信使核糖核酸立即降解，从而诱导宿主细胞对这些信使核糖核酸的降解反应。SiRNA不仅可以指导RISC切割同源单链mRNA，还可以作为引物，在RNA依赖型RNA聚合酶的作用下，与靶RNA结合，合成更多新的dsRNA。新合成的dsRNA被Dicer切割，产生大量的二级siRNA，从而进一步放大RNAi的作用，最终完全降解靶mRNA。转录后基因沉默的主要特征是：作用于活

15、性核糖核酸；与转基因同源；转基因或内源基因沉默在转化植物中的比例不同，这可能与T-DNA插入的结构有关；受发育过程控制，它是组织特异性的。例如，转基因烟草中的GUS和CHT基因在萌发早期开始表达，然后表达下降，直到它们在幼苗中不表达。核糖核酸和阈值(Dougherty等人，1994)提出了核糖核酸阈值模型，该模型认为细胞质中可能存在一个信使核糖核酸的监测系统，该监测系统可以促进过量表达的信使核糖核酸的降解，从而使细胞中的转基因转录物不超过特定的阈值。PTGS主要是由于特定转录产物的核糖核酸积累减少。转基因产生大量的核糖核酸，超过正常的标准或阈值，并将激活核糖核酸依赖的核糖核酸聚合酶，以此转录物为模板合成成对的核糖核酸-脱氧核糖核酸。结果，它促进了同源核糖核酸的去除机制(不管其来源如何)，导致核糖核酸不能积累。转基因mRNA在抗病毒转基因植物中高度表达，不能积累，但提高了对同源RNA病毒的抗性。相反，转基因的低水平转录对核糖核酸病毒感染敏感。2.甲基化PTGS下的甲基化，启动子仍然是活跃的，