转基因技术――动植物转基因方法

转基因——动植物转基因方法技术引言FOREWORD转基因技术（GeneticallyModified）•运用科学手段从某种生物体中提取所需要的基因，将其转入另一种生物中，使与另一种生物的基因进行重组，再从结果中进行数代的人工选育，从而获得特定的具有变异遗传性状的物质。•与杂交不同，该技术利用转基因技术可以创造新染色体，改变动植物性状，培育新品种，具有更大的随机性、不确定性。也可以利用其它生物体培育出期望的生物制品，用于医药、食品等方面。转基因技术转基因技术的步骤植物转基因方法动物转基因方法转基因技术的应用转基因技术的前沿发展我们身边的合成生物学转基因技术【DAWN_ZX】【DAWN_ZX】转基因技术转基因技术的步骤STEP1：目的基因的获取方法：（1）从基因文库中获取（2）利用PCR技术扩增目的基因（3）人工合成【DAWN_ZX】转基因技术转基因技术的步骤STEP2：基因表达载体的构建目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用抗生素基因。【启动子】是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。【终止子】也是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端。【DAWN_ZX】转基因技术转基因技术的步骤STEP3：将目的基因导入受体细胞（1）导入植物细胞一般用农杆菌转化法，也可用基因枪法或花粉管通道法。（2）导入动物细胞一般用显微注射法。（3）导入微生物细胞一般用感受态细胞吸收DNA分子的方法。【DAWN_ZX】转基因技术转基因技术的步骤STEP4：目的基因的检测和表达1.检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因。方法：采用DNA分子杂交技术。2.检测目的基因是否转录出了mRNA。方法：采用用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质。方法：从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原－抗体杂交。4.进行个体生物学水平的鉴定。【DAWN_ZX】转基因食品转基因技术的步骤所用工具：分子手术刀——限制性核酸内切酶来源：从原核生物中分离纯化出来。功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。【DAWN_ZX】转基因技术转基因技术的步骤所用工具：分子缝合针——DNA连接酶连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。【DAWN_ZX】转基因技术转基因技术的步骤所用工具：分子运输车——载体载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存。②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。最常用的载体是质粒，它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒。【DAWN_ZX】转基因技术植物转基因方法载体介导法农杆菌介导法DNA直接导入法化学物质诱导法电激穿孔法脂质体法显微注射法基因枪法花粉管通道法病毒介导法【DAWN_ZX】转基因技术植物转基因方法农杆菌介导法•农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。•根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。•近年来，农杆菌介导转化在一些单子叶植物（尤其是水稻）中得到了广泛应用。【DAWN_ZX】转基因技术植物转基因方法基因枪介导转换法•方法：利用火药爆炸或高压气体加速将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送入完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。•优点:不受受体植物范围的限制，而且其载体质粒的构建也相对简单，是目前转基因研究中应用较为广泛的一种方法。【DAWN_ZX】转基因技术植物转基因方法花粉管通道法•方法：授粉后向子房注射合目的基因的DNA溶液，利用植物的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并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。•该方法于80年代初期由我国学者周光宇提出，目前我国推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。•优点:不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易于掌握。【DAWN_ZX】转基因技术动物转基因方法原核显微注射法精子介导的基因转移胚胎干细胞介导法逆转录病毒载体法核移植转基因法体细胞核移植法线粒体介导法【DAWN_ZX】转基因技术动物转基因方法原核显微注射法（最常用）•方法：将外源基因注射到受精卵细胞的原核内，外源基因与胚胎基因组融合后体外培养，移植到受体母畜子宫内发育，这样分娩的动物体内的每一个细胞都含有新的DNA片段。•缺点：效率低、位置效应(外源基因插入位点随机性)造成表达结果有不确定性、动物利用率低。反刍动物繁殖周期长，有较强的时间限制、需要大量的供体和受体动物。【DAWN_ZX】转基因技术动物转基因方法方法：精子适当处理后，使其具有携带外源基因的能力。然后，用携带有外源基因的精子给发情母畜授精，在母畜所生的后代中，就有一定比例的动物是整合外源基因的转基因动物。优点：（1）成本很低，只有显微注射法成本的1／10。（2）它不涉及对动物进行处理，所以可以用生产牛群或羊群进行实验，以保证每次实验都能够获得成功。精子介导的基因转移【DAWN_ZX】转基因技术动物转基因方法核移植转基因法•体细胞核移植是近年来新出现的一种转基因技术。•将外源基因与供体细胞在培养基中培养，使外源基因整合到供体细胞上，然后将供体细胞细胞核移植到受体细胞――去核卵母细胞，构成重建胚，再把其移植到假孕母体，待其妊娠、分娩，便可得到转基因的克隆动物。【DAWN_ZX】转基因技术转基因技术的应用医学农业动物方面转基因与工业【DAWN_ZX】转基因技术转基因技术的应用医学治疗原理：将正常的外源基因导入生物体内以弥补所缺失的基因、关闭或降低异常表达的基因，以达到治疗遗传性疾病的目的。应用：•遗传性疾病的基因治疗•恶性肿瘤的治疗•传染病的基因治疗【DAWN_ZX】转基因技术转基因技术的应用农业•抗逆性遗传改良•品质遗传改良•抗虫害遗传改良控制果实成熟；谷物种子贮藏蛋白含量；控制脂肪合成。将病毒外壳蛋白基因移植到农作物中，使农作物能抵抗病毒感染；将外源抗真菌基因导入小麦，防治小麦赤霉病、纹枯病、根腐病等真菌性病害。作用：减少杀虫剂和农药的用量，降低其残留物对食物链、水体造成的污染，有利于保护生态环境。植物在生长过程中受外界环境影响，会引起植物体内一系列的生理代谢反应，表现为代谢和生长的可逆性抑制，严重时甚至引发不可逆伤害导致整个植株死亡。研究发现将与脯氨酸、甜菜碱及脂质合成有关的酶的基因克隆后转入植物，可提高植物相应的抗逆性。【DAWN_ZX】转基因技术转基因技术的应用动物方面提高动物体组成、肉品质量、乳产量、毛的质量；提升多产性和抗病性，还包括其它重要的经济特征。具体应用：（1）1983年美国将大白鼠的生长激素基因注射到小白鼠的受精卵内，经移植和胚胎发育成功地培育出“超级鼠”其体重比一般小鼠增加2倍，可以将其应用到实验室中。（2）运用反转录病毒为载体携带生长激素基因导入动物，相继培育出快速生长的转基因猪、羊、鸡、兔和牛等。（3）将牛的生长激素注射到乳牛或羊羔体内，可以改善食物的转换效率，提高蛋白质与脂肪的比例，生产出更加符合人们要求的较瘦的肉类。【DAWN_ZX】转基因技术转基因技术的应用转基因与工业（1）生物能源某些转基因速生树种（如杨树和桉树）可作为供电站的原料，也可以直接做燃料。一般是具有过量表达纤维素合成酶基因或过量表达纤维素酶基因的树木。（2）木质素和造纸许多转基因植物中表达了经过修饰的木质素，植物中CAD降低，对于木质素的溶解和断裂非常有利，从而大大地提高了成浆效率，降低能耗、极大地提高经济效益。（3）塑料最新报道表明，转基因油菜发育胚的白色体内多羟基丁酸盐（P~B）的表达水平占成熟种子干重的8%。根据这个特征，如果把目的基因转化到橡胶树中，就可以非常方便地从转基因橡胶树中得到任何所希望的蛋白。此外，这种树能够很容易地进行营养繁殖，这不仅保证了快速获得商业利润，并且也能阻止转化的目的基因通过种子扩散而导致不利的影响。【DAWN_ZX】转基因技术转基因技术的前沿发展叶绿体转基因植物——一种新型生物反应器•植物生物反应器与复杂并昂贵的细胞培养为基础的表达系统相比，具有安全、廉价和可大规模生产等优点。然而，传统的细胞核转基因植物存在着外源基因表达效率低、环境安全性差和后代不稳定等缺点,促使人们不得不致力于寻找一条新的途径。•由于植物中的叶绿体数量很多，并且叶绿体基因的拷贝数非常大，所以以叶绿体转基因植物作为生物反应器，不仅能够实现外源蛋白的高效表达，而且外源蛋白可以形成正确的二硫键和空间构象。•植物叶绿体将成为疫苗、药用蛋白和工业用酶的生产场所，使医药工业产品真正成为“绿色产品”。同时，可望在粮食和蔬菜中大幅度地提高人类必需的氨基酸、脂肪酸、糖类及各种蛋白质的含量，使叶绿体真正成为为人类服务的“绿色工厂”。【DAWN_ZX】转基因技术我们身边的合成生物学国际遗传工程的机器设计竞赛InternationalGeneticallyEngineeredMachineCompetition每年由美国麻省理工学院主办，是合成生物学领域的国际性学术竞赛。iGEM期望通过竞赛的形式，回答合成生物学中的核心问题——能否在活细胞中使用可互换的标准化组件构建简单的生物系统，并且加以操纵。每支队伍尝试使用标准化后的生物模块元件库，利用标准化的基因工程方法，以特定目的拼装人工生物系统，并进行操纵和测量。合成生物学：试图重设计现有的天然的生物系统，或是设计和构建人工生物组件和系统，其目的在于通过了解天然生物体系的运作机理来创造全新的生物体系。THANKSFORWATCHING转基因技术【DAWN_ZX】