转基因技术及应用.ppt

1、1,转基因技术及应用,现代分子生物学专题讲座,分子生物学研究中心,Transgenic Technology and Applications,2,转基因技术,将人工分离和修饰过的基因导入细胞和（或）生物体内，并通过导入基因的表达引起生物体性状的可遗传性修饰。这一技术称之为转基因技术（Transgenic technology）。,3,转基因生物,经转基因技术修饰的生物体被称为“遗传修饰过的生物体”（Genetically modified organism，简称GMO），或转基因生物（transgenic organism ），包括转基因微生物、转基因植物及转基因动物。,4,一、基因-基因工

2、程-转基因微生物,多个结构基因串联,转录调控序列,原核生物基因结构示意图,5,terminator,downstream silencer,initiation site,promoter,upstream silencer,coding strand,template strand,5,3,1,2,n,1,2,n-1,真核生物基因结构示意图,6,基因工程（gene engineering）：指在体外对DNA分子按照既定的目的和方案，对DNA进行剪切和重新连接，然后把它导入宿主细胞，以扩增有关DNA片段或表达有关基因产物等研究。 又称为基因操作、分子克隆、基因克隆或基因重组等。,7,基因工程技

3、术操纵主要步骤（）,重组体,8,重组原核表达载体,9,基因工程技术操纵主要步骤（）,重组体,DNA水平检测,基因表达水平检测,10,通过基因工程技术获得的经过遗传改造并能稳定遗传的微生物即转基因微生物。 但要获得多细胞的转基因生物，还须进行其它操纵。,11,转基因微生物应用举例,转有凝乳酶基因（生产奶酪）的菌株，可避免了小牛的无辜死亡，也降低了生产成本。 导入人类胰岛素基因的菌株，由于胰岛素制备。 导入人类干扰素基因的菌株。 用于改善酱油、酒等食品风味的菌株。,12,13,二、从基因工程到转基因动物,利用基因工程获得携带有目的基因的重组DNA或重组病毒。 目的基因导入受精卵、胚胎、胚胎干细胞或

4、其他受体细胞。 细胞或胚胎的鉴定。 胚胎的发育。 个体的鉴定（DNA、RNA及蛋白水平）。,14,重组逆转录病毒载体,真核重组表达载体,目的基因,15,受精卵-基因显微注射,X,1-cell pronuclear stage mouse embryo.,PMS + hCG to superovulate, Pregnant Foster Mother,Oviduct Transfer,+,2-cell stage embryo,Holding Pipette,Injection Pipette,+,16,显微操作仪,17,制作转基因动物效率低是制约以显微注射法生产转基因动物的关键:小鼠、大鼠、

5、兔、牛、猪、绵羊的转基因阳性率分别为26%、44%、15%、0.7%、0.9%、0.9%。,18,精子载体法,外源DNA导入精子,体外授精,将成熟精子与外源共培养，成熟精子与外源DNA预培养之后，使精子有能力携带外源DNA进入卵子中，使之受精，并使外源DNA 整合到染色体中。,19,精子载体法获得的转基因荧光猪,20,胚胎-逆转录病毒介导的转基因技术,MoMuLV Producing Cells,Mouse embryos,Insertion of viral DNA containing transgene into embryos,Transgenic Mouse,21,日本转基因狨猴,2

6、2,体细胞克隆与转基因,23,绿色荧光蛋白“转基因”克隆猪,24,胚胎干细胞的基因打靶,重组载体,染色体,校正后的染色体,同源重组,25,26,27,赖良学：中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员 在美国密苏里大学动物中心实验室采用基因敲除技术首次实现了人类培育“基因敲除”克隆猪，科学界普遍认为“这是向异种器官移植迈出的关键一步”，为人类的器官移植开辟了新天地。,28,2002年1月2日PPL公司宣布克隆出第三批克隆猪；它们体内的两个阿尔法，半乳糖转移酶 基因（GGTA1）中，有一个被“敲出”（knock out）了。,29,转基因动物的基因导入方法与受精卵不同发育阶段的关系,30,转基因动

7、物应用Transgenic Animal Model,1）作为人类疾病发病及治疗研究的动 物模型 2）用于发育生物学的研究 3）提高动物产品的质量 4）作为生物反应器,31,左侧老鼠为不具备Nscl2基因的转基因鼠,左侧转入了人缺陷型 的GH-1基因,32,VEGFR-2在伤口愈合过程中的诱导表达,生物发光强度,Vegfr2-luc转基因小鼠 使用小鼠VEGFR2（血管内皮细胞生长因子受体2）基因启动子及内皮细胞特异的增强子，以驱动荧光素酶表达。,33,VEGFR2-Luc转基因小鼠的VEGFR2表达逐渐降低,研究生物体发育过程,34,转基因鲑鱼,野生鲑鱼,表达红色荧光蛋白的转基因鱼,35,乳

8、腺反应器,在制备转基因哺乳动物，若对目的基因的改造有意选择乳腺细胞特异性表达的启动子和增强子，那么目的基因将在动物的乳腺细胞中大量表达，并从乳汁中分泌出来。这时转基因动物乳腺就成为一个为生产某种生物活性蛋白的生物反应器，即乳腺反应器。,36,乳汁中分泌人凝血因子IX的转基因山羊,37,转基因动物存在的问题,1）制作转基因动物成功率低、成本高 2）外源基因表达水平较低 3）造成宿主基因突变,38,三、从基因工程到转基因植物,利用基因工程获得携带有目的基因的重组DNA或重组菌体（35S启动子的应用增强基因表达效率）。 目的基因导入植物细胞或组织。 筛选重组植物细胞。 植物细胞促分化培养。 植株鉴定

9、。,39,重组Ti质粒,40,目的基因的导入-利用农杆菌介导,农杆菌共培养侵染,诱导愈伤组织,分化生芽,生根,41,目的基因的导入-基因枪轰击,42,目的基因的导入-花粉管通道法,指在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液。利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。 方法简单无需组织体外培养。,43,目的基因的导入-花粉管通道法,44,转基因植物的应用举例,抗虫或抗病毒农作物,中国转基因稻实验田,转基因与非转基因木瓜对比,45,转基因植物的应用举例,抗虫或抗病毒农作物,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,普通棉花与Bt抗虫棉对比,46,转基因植物的应用举例,抗除草剂,47,非转基因大豆,48,转基因植物的应用举例,抗逆,对照,耐盐转基因水稻,49,转基因植物的应用举例,含特殊营养或药用成分,含乙肝疫苗的转基因土豆,富含维生素A的转基因金稻,50,转基因植物的应用举例,其它特殊用途,51,转基因植物的应用举例,其它特殊用途,用于环境治理的转基因烟草,带有柠檬香味的转基因西红柿,52,四、安全问题,对人类自身的可能影响 Pusztai事件 对生态环境的可能影响 斑碟事件 加拿大“超级杂草”事件,绿色和平组织的抗议示威,53,超级杂草,54,基于转基因食品潜在安全的不确定性