第四章现代农业基因工程.ppt
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1、现代农业基因 工程,Predicted changes in population and food consumption,生产更多的粮食及农产品,生产更好的粮食及农产品,生物技术,基因工程 细胞工程 蛋白质与酶工程 发酵工程,中心法则 DNARNA 蛋白质 转录 转译,基因工程,在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子,并使之进入原先没有这类分子的寄主细胞内,并能持续稳定地繁殖。,基因工程步骤 1、从复杂的生物体中分离出带有目的基因 的DNA片段。 2、体外将外源DNA片段连接到能够自我复 制并具有选择信号的载体分子上,形成 重组DNA分子。 3、将重组DNA分子转移到适当的寄主细胞
2、中,并与之一起增殖。 4、筛选出获得重组DNA分子的寄主细胞克隆。 5、从筛选获得的转化子克隆提取出已得到扩 增的目的基因。 6、将目的基因克隆到表达载体上,导入寄主 细胞,使之在新的背景下实现功能表达。,植物转基因技术,获得高效表达外源基因的纯合稳定的转基因植物,也就是外源基因能在这一新的环境中 “安家落户”、“稳扎稳打”。要实现这一目的,需要考虑以下三个要素:植物受体系统、植物表达载体系统、转基因方法,植物受体系统,愈伤组织再生系统 直接分化再生系统 原生质体再生系统,植物表达载体系统,质粒载体系统 病毒载体系统,外源基因导入植物细胞的方法,Ti质粒介导的基因转移 基因枪法 病毒载体 直接
3、将DNA导入植物细胞原生质体 显微注射法 电击法 脂质体融合,外源基因导入植物的主要方法,农杆菌介导法 基因枪法 PEG介导的原生质体转化 花粉管通道法,分泌,乙酰丁香酮,Pi-VirA,诱导Vir基因表达,从质粒中切出T-DNA,核DNA,T-DNA,VirG,Pi,VirD2,ATP,可能存在植物细胞受体,VirB,VirD4,VirD4,核孔,冠瘿碱,T-DNA,细胞分裂素植物生长素,分泌,农杆菌,植物细胞,CN,CW,CM,伤害,农杆菌与植物互作的可能机制,Plasmid DNA,Regeneration,Southern blot,bombardment DNA transforma
4、tion,Bombardment of callus,植物抗病虫基因工程 病害:真菌、细菌、病毒、线虫 虫害: 常规方法:传统育种方法 施用化学杀虫剂 其它措施 转基因植物,Striped Stem Borer,抗真菌植物基因工程,1、抗病基因 2、降解真菌细胞壁的抗真菌蛋白: 几丁质酶 -1,3葡聚糖 3、抗真菌蛋白: 核糖体失活蛋白 thionins defensins 4、渗调蛋白 5、抗真菌次生代谢产物的基因 6、降解真菌产生的毒素,抗细菌基因工程,1、抗病基因 2、抗毒素基因 3、其它植物抗病因子:thionins 4、非植物抗病基因 溶菌酶 抗菌肽 植物抗体 反义基因,抗病毒基因工
5、程 (一)来源于植物的基因 1.抗病基因 2.PR蛋白 3.商陆抗病毒蛋白 (二)来源于病毒的基因 1.外壳蛋白 2.复制酶 3.移动蛋白 4.其它蛋白 (三)卫星RNA分子 (四)作用于病毒的抗性 1.抗体 2.RNase 3.干扰素 (五)反义RNA (六)核酶,抗除草剂基因工程,1.将某种酶的基因转移到作物中,这 种酶能够分解除草剂 2.针对除草剂可通过识别和破坏光合作用及氨基酸合成所需要的酶来杀死植物的特点,把该酶的基因导入植物 3.改变除草剂识别酶的位点,改变该酶蛋白的氨基酸序列, 4.用于快速检测和提高杂交稻纯度,生物固氮 提高光合作用效率,基因工程改良品质,一、种子贮藏蛋白:与小
6、麦面粉作成生面团后的粘弹性与面包烘烤质量密切相关(麦醇溶蛋白和麦角蛋白) 二、通过加入一些原本缺乏的必需氨基酸的密码子来提高种子贮蛋白营养品质(单子叶甲硫氨酸多、双子叶赖氨酸多) 玉米醇溶蛋白导入烟草,表达量占种子总蛋白16%。 巴西坚果2S清蛋白(富含甲硫氨酸Met)导入烟草和油菜,烟草表达量为种子总蛋白80%,Met净增30%。油菜表达量为种子总蛋白40%,Met净增33%。,利用基因工程进行保鲜,ACC合成酶 乙烯合成酶,反义RNA技术,利用基因工程获得作物雄性不育系,从花药发育和花粉形成过程中分离到特异性启动子与核糖核酸酶(RNase)基因连接,而后导入油菜,获得油菜不育系。 毒性基因
7、导入作物,使其在花药或花粉发育过程中表达。,植物抗逆基因工程,渗透蛋白基因与耐盐有关 热休克蛋白基因 热稳定酶基因 抗冻蛋白基因,植物基因工程与医疗保健用品生产,植物可为人提供药物、酶制剂、生化试剂、 化妆用品、食品添加剂: 美国Scripps研究所用烟草表达单克隆抗体,表达量达叶子总蛋白1.3%,1%左右烟草土地面积可生产270千克抗体,供27万癌症患者1年治疗 美国Bio-resources公司用植物基因工程手段生产白细胞介素-2 荷兰用转基因马铃薯生产人的血清蛋白 韩国用转基因和番茄生产人的胰岛素 我国利用转基因烟草生产天花粉蛋白,Production of speciality che
8、micals,Enkephalins Fatty acids Human serum albumin Sugar monomers Sugar thermoplastic polymers Vaccines (e.g. hepatitis),Dupont公司1997年收购美国最大种子公司先锋种子公司的20%股权,1999全部兼并。 Novatis公司以6亿美元建农业发现研究所 AgrEvo公司加强基因组与组合化学的结合 Monsanto公司与千年制药公司合作成立Cereon基因组公司,杜邦公司,人数:5000多名科学家(300华人) 投入:每年13亿美元 目标:10年内25%纤维素来自采用生物
9、技术的天然材料 玉米聚酯材料单体新型合成纤维丝 亚利桑那州的蜘蛛克隆腺体相关的基因细菌表达 蛛蛋白溶液(抽丝装置)晶莹的蛛丝,New Product,Crop Biotechnology Products for the Future,Speciality Chemicals,Pharmaceuticals,Food Processing,Agronomic Traits,1995,2000,2005,2010,Other 389(7.3%),Insect Resistant 1258(23.9%),Viral Resistant 518(9.87%),Agronomic Properties
10、 288(5.4%),Herbicide Tolerant 1513(28.7%),Fungal Resistant 252(4.7%),Product Quality 1042(19.8%),Field Releases: Most Frequent Categories 1987 to 1998(3/31/99),John Maddox:What Remains to be Discovered,植物是合成的庞然大物 除钢筋和混凝土外,它们可以合成任何物质,动物基因工程改良动物品种,1、抗病毒 抗猪瘟病毒的转基因猪 抗口蹄疫病毒的转基因兔 抗白血病病毒的转基因鸡和小鼠 基因工程疫苗(家禽球
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