第十一 章 植物、動(dòng)物基因工程課件

第十一章:動(dòng)植物基因工程植物基因工程動(dòng)物基因工程第十一章:動(dòng)植物基因工程1一、植物基因工程依據(jù)植物細(xì)胞全能性對(duì)單個(gè)細(xì)胞改造即可再生完整的轉(zhuǎn)基因植株轉(zhuǎn)基因植物可以遺傳一、植物基因工程2（一）植物基因轉(zhuǎn)化的方法1、農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒載體農(nóng)桿菌是植物病原菌攜帶Ti質(zhì)粒質(zhì)粒上一段DNA稱為T-DNA（Transfer-DNA)能轉(zhuǎn)移并整合到植物基因組中（一）植物基因轉(zhuǎn)化的方法3第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件4第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件52、基因槍目的基因用金粉或鎢粉包裹成直徑1~4μm顆粒，再利用基因槍以火藥爆炸或壓縮氦氣為動(dòng)力將DNA顆粒以300~600m/s的速度打入植物細(xì)胞。2、基因槍6

7（二）植物抗病的分子機(jī)理1、植物的抗病反應(yīng)非寄主抗性：病菌只對(duì)某種植物有作用—輪作結(jié)構(gòu)屏障：細(xì)胞壁、角質(zhì)層、蠟質(zhì)、木質(zhì)化誘導(dǎo)抗性：產(chǎn)生防衛(wèi)反應(yīng)，糖蛋白、抗毒素等（二）植物抗病的分子機(jī)理82、抗病基因的克隆目前已克隆了16個(gè)抗病基因如：玉米的HmI基因：對(duì)Cochliobolus真菌的抗性番茄Pto基因:對(duì)avrpot病菌的抗性擬南薺Rps2基因：對(duì)avrRpt2病菌抗性等。2、抗病基因的克隆93、殺菌肽能夠起到殺菌作用的多肽許多昆蟲中具有這樣的多肽能夠破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜，造成離子通道，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)含物泄漏。3、殺菌肽10殺菌肽的特點(diǎn)由30多個(gè)aa組成N端由堿性aa殘基組成C端酰胺化多數(shù)第二位為Trp對(duì)植物病原菌有強(qiáng)的和廣譜的殺傷作用殺菌肽的特點(diǎn)11殺菌肽基因工程人工合成殺菌肽基因轉(zhuǎn)入植物體中獲得抗性品種殺菌肽基因工程12（三）抗性品種的培育1、抗蟲植物蘇云金桿菌毒蛋白（Bttoxin）基因蘇云金桿菌孢子能產(chǎn)生伴孢晶體蛋白，也稱為殺蟲晶體蛋白或Bt毒蛋白。通過人工改造合成的Bt毒蛋白基因，對(duì)棉鈴蟲等有強(qiáng)的毒殺作用。（三）抗性品種的培育13蘇云金桿菌毒蛋白（Bttoxin）基因圖蘇云金桿菌毒蛋白（Bttoxin）基因圖141.InsecteatsBtcrystalsandspores.

2.Thetoxinbindstospecificreceptorsinthegutandtheinsectsstopseating.3.Thecrystalscausethegutwalltobreakdown,allowingsporesandnormalgutbacteriatoenterthebody.4.Theinsectdiesassporesandgutbacteriaproliferateinthebody.1.InsecteatsBtcrystalsand15蛋白酶抑制劑基因產(chǎn)生的蛋白酶抑制劑，能抑制昆蟲的消化酶，抑制植物蛋白的水解，使昆蟲產(chǎn)生厭食反應(yīng)，最終導(dǎo)致昆蟲的死亡。蛋白酶抑制劑基因16外援凝聚素基因產(chǎn)生的外源凝集素被昆蟲攝食，可與腸道粘膜上的糖蛋白結(jié)合，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，還可以誘發(fā)消化道病灶對(duì)昆蟲造成危害，達(dá)到殺蟲的目的。外援凝聚素基因172、抗病毒植物病毒侵染植物的主要過程脫外殼蛋白病毒蛋白的翻譯病毒基因組的復(fù)制病毒顆粒的包裝

2、抗病毒植物

18第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件19

20第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件21第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件22外殼蛋白介導(dǎo)的抗性

轉(zhuǎn)入外殼蛋白基因，產(chǎn)生的外殼蛋白可以封閉病毒侵染植物的脫殼過程，使病毒核酸無法進(jìn)入植物。外殼蛋白介導(dǎo)的抗性23反義RNA介導(dǎo)的抗性

將互補(bǔ)的病毒外殼蛋白mRNA的anRNA轉(zhuǎn)入植物，可阻礙病毒復(fù)制獲得抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物。反義RNA介導(dǎo)的抗性24第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件253、抗除草劑植物草甘膦是一種對(duì)環(huán)境無害的除草劑，功能是抑制5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合酶（EPSPS），在大腸桿菌中有EPSPS酶基因，轉(zhuǎn)入植物可以代替自身被抑制的酶起到抗草甘膦的作用。3、抗除草劑植物26二、動(dòng)物基因工程外源基因轉(zhuǎn)入受精卵細(xì)胞核中移植到雌性受體的子宮胚胎發(fā)育成后代部分后代帶有轉(zhuǎn)入基因培育純合系二、動(dòng)物基因工程27

281、嵌合體動(dòng)物（chimeramosaicanimal）只有部分組織細(xì)胞的基因組中整合有外源基因的動(dòng)物，稱為嵌合體動(dòng)物。只有當(dāng)外源基因整合到生殖細(xì)胞時(shí)，才能將其攜帶的外源基因遺傳給子代。1、嵌合體動(dòng)物（chimeramosaicanimal）29第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件302、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物所有細(xì)胞均整合有外源基因，則具有將外源基因遺傳給子代的能力，稱為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。2、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物313、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的方法1）逆轉(zhuǎn)錄病毒感染法是利用反轉(zhuǎn)錄病毒載體將外源基因轉(zhuǎn)入動(dòng)物胚胎早期細(xì)胞，與受體細(xì)胞核基因組整合，然后移植到受體動(dòng)物中。3、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的方法32第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件332）DNA顯微注射法利用顯微注射儀將DNA注射入受精卵中。通過激素使雌鼠超數(shù)排卵35個(gè)左右。從雌性輸卵管內(nèi)取出受精卵。將外源基因注射入受精卵中變大的雄性原核內(nèi)。2）DNA顯微注射法34第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件35第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件36DNA顯微注射示意圖

DNA顯微注射器

精前核

卵細(xì)胞核DNA顯微注射示意圖37第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件38將25-40個(gè)受精卵移植入假孕雌鼠子宮內(nèi)。約3周受精卵發(fā)育成幼鼠。從小鼠子代尾巴提取出DNA樣品，進(jìn)行鑒定。進(jìn)行交配來確定轉(zhuǎn)入基因是否在其生殖系中。通過對(duì)子代進(jìn)行雜交產(chǎn)生純合的轉(zhuǎn)基因鼠。將25-40個(gè)受精卵移植入假孕雌鼠子宮內(nèi)。39獲得轉(zhuǎn)基因鼠的純合鼠系轉(zhuǎn)基因鼠未轉(zhuǎn)基因鼠

F1

F2

獲得轉(zhuǎn)基因鼠的純合鼠系轉(zhuǎn)基因403)胚胎干細(xì)胞法胚胎干細(xì)胞（embryonicstemcell,ES)：是胚胎發(fā)育期的胚細(xì)胞，具有分化的功能。在含有成纖維細(xì)胞中培養(yǎng)時(shí)ES將保持分化功能對(duì)ES進(jìn)行基因操作，不影響它的分化功能可以定點(diǎn)整合，解決了隨機(jī)整合的問題。3)胚胎干細(xì)胞法41第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件42從鼠的胚細(xì)胞培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞

成纖維細(xì)胞

胚胎干細(xì)胞

從鼠的胚細(xì)胞培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞43通過胚胎干細(xì)胞獲得轉(zhuǎn)基因鼠

ES細(xì)胞外源基因

嵌合鼠植入代孕母鼠通過胚胎干細(xì)胞獲得轉(zhuǎn)基因鼠444、克隆動(dòng)物不經(jīng)過受精過程而獲得新個(gè)體的方法就叫做克隆，所獲得的動(dòng)物即叫做克隆動(dòng)物；供體細(xì)胞核-去核的受體卵細(xì)胞-核移植-植入待孕動(dòng)物的子宮-發(fā)育成個(gè)體。4、克隆動(dòng)物不經(jīng)過受精過程而獲得新個(gè)體的方法就叫做克隆，所獲45第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件46

克隆羊“多莉”的研究者伊斯維姆.穆特

47第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件48第十一章:動(dòng)植物基因工程植物基因工程動(dòng)物基因工程第十一章:動(dòng)植物基因工程49一、植物基因工程依據(jù)植物細(xì)胞全能性對(duì)單個(gè)細(xì)胞改造即可再生完整的轉(zhuǎn)基因植株轉(zhuǎn)基因植物可以遺傳一、植物基因工程50（一）植物基因轉(zhuǎn)化的方法1、農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒載體農(nóng)桿菌是植物病原菌攜帶Ti質(zhì)粒質(zhì)粒上一段DNA稱為T-DNA（Transfer-DNA)能轉(zhuǎn)移并整合到植物基因組中（一）植物基因轉(zhuǎn)化的方法51第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件52第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件532、基因槍目的基因用金粉或鎢粉包裹成直徑1~4μm顆粒，再利用基因槍以火藥爆炸或壓縮氦氣為動(dòng)力將DNA顆粒以300~600m/s的速度打入植物細(xì)胞。2、基因槍54

55（二）植物抗病的分子機(jī)理1、植物的抗病反應(yīng)非寄主抗性：病菌只對(duì)某種植物有作用—輪作結(jié)構(gòu)屏障：細(xì)胞壁、角質(zhì)層、蠟質(zhì)、木質(zhì)化誘導(dǎo)抗性：產(chǎn)生防衛(wèi)反應(yīng)，糖蛋白、抗毒素等（二）植物抗病的分子機(jī)理562、抗病基因的克隆目前已克隆了16個(gè)抗病基因如：玉米的HmI基因：對(duì)Cochliobolus真菌的抗性番茄Pto基因:對(duì)avrpot病菌的抗性擬南薺Rps2基因：對(duì)avrRpt2病菌抗性等。2、抗病基因的克隆573、殺菌肽能夠起到殺菌作用的多肽許多昆蟲中具有這樣的多肽能夠破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜，造成離子通道，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)含物泄漏。3、殺菌肽58殺菌肽的特點(diǎn)由30多個(gè)aa組成N端由堿性aa殘基組成C端酰胺化多數(shù)第二位為Trp對(duì)植物病原菌有強(qiáng)的和廣譜的殺傷作用殺菌肽的特點(diǎn)59殺菌肽基因工程人工合成殺菌肽基因轉(zhuǎn)入植物體中獲得抗性品種殺菌肽基因工程60（三）抗性品種的培育1、抗蟲植物蘇云金桿菌毒蛋白（Bttoxin）基因蘇云金桿菌孢子能產(chǎn)生伴孢晶體蛋白，也稱為殺蟲晶體蛋白或Bt毒蛋白。通過人工改造合成的Bt毒蛋白基因，對(duì)棉鈴蟲等有強(qiáng)的毒殺作用。（三）抗性品種的培育61蘇云金桿菌毒蛋白（Bttoxin）基因圖蘇云金桿菌毒蛋白（Bttoxin）基因圖621.InsecteatsBtcrystalsandspores.

2.Thetoxinbindstospecificreceptorsinthegutandtheinsectsstopseating.3.Thecrystalscausethegutwalltobreakdown,allowingsporesandnormalgutbacteriatoenterthebody.4.Theinsectdiesassporesandgutbacteriaproliferateinthebody.1.InsecteatsBtcrystalsand63蛋白酶抑制劑基因產(chǎn)生的蛋白酶抑制劑，能抑制昆蟲的消化酶，抑制植物蛋白的水解，使昆蟲產(chǎn)生厭食反應(yīng)，最終導(dǎo)致昆蟲的死亡。蛋白酶抑制劑基因64外援凝聚素基因產(chǎn)生的外源凝集素被昆蟲攝食，可與腸道粘膜上的糖蛋白結(jié)合，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，還可以誘發(fā)消化道病灶對(duì)昆蟲造成危害，達(dá)到殺蟲的目的。外援凝聚素基因652、抗病毒植物病毒侵染植物的主要過程脫外殼蛋白病毒蛋白的翻譯病毒基因組的復(fù)制病毒顆粒的包裝

2、抗病毒植物

66第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件67

68第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件69第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件70外殼蛋白介導(dǎo)的抗性

轉(zhuǎn)入外殼蛋白基因，產(chǎn)生的外殼蛋白可以封閉病毒侵染植物的脫殼過程，使病毒核酸無法進(jìn)入植物。外殼蛋白介導(dǎo)的抗性71反義RNA介導(dǎo)的抗性

將互補(bǔ)的病毒外殼蛋白mRNA的anRNA轉(zhuǎn)入植物，可阻礙病毒復(fù)制獲得抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物。反義RNA介導(dǎo)的抗性72第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件733、抗除草劑植物草甘膦是一種對(duì)環(huán)境無害的除草劑，功能是抑制5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合酶（EPSPS），在大腸桿菌中有EPSPS酶基因，轉(zhuǎn)入植物可以代替自身被抑制的酶起到抗草甘膦的作用。3、抗除草劑植物74二、動(dòng)物基因工程外源基因轉(zhuǎn)入受精卵細(xì)胞核中移植到雌性受體的子宮胚胎發(fā)育成后代部分后代帶有轉(zhuǎn)入基因培育純合系二、動(dòng)物基因工程75

761、嵌合體動(dòng)物（chimeramosaicanimal）只有部分組織細(xì)胞的基因組中整合有外源基因的動(dòng)物，稱為嵌合體動(dòng)物。只有當(dāng)外源基因整合到生殖細(xì)胞時(shí)，才能將其攜帶的外源基因遺傳給子代。1、嵌合體動(dòng)物（chimeramosaicanimal）77第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件782、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物所有細(xì)胞均整合有外源基因，則具有將外源基因遺傳給子代的能力，稱為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。2、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物793、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的方法1）逆轉(zhuǎn)錄病毒感染法是利用反轉(zhuǎn)錄病毒載體將外源基因轉(zhuǎn)入動(dòng)物胚胎早期細(xì)胞，與受體細(xì)胞核基因組整合，然后移植到受體動(dòng)物中。3、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的方法80第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件812）DNA顯微注射法利用顯微注射儀將DNA注射入受精卵中。通過激素使雌鼠超數(shù)排卵35個(gè)左右。從雌性輸卵管內(nèi)取出受精卵。將外源基因注射入受精卵中變大的雄性原核內(nèi)。2）DNA顯微注射法82第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件83第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件84DNA顯微注射示意圖

DNA顯微注射器

精前核

卵細(xì)胞核DNA顯微注射示意圖85第十一章植物、動(dòng)物基因工程課件86將25-40個(gè)受精卵移植入假孕雌鼠子宮內(nèi)。約3周受精卵發(fā)育成幼鼠。從小鼠子代尾巴提取出DNA樣品，進(jìn)行鑒定。進(jìn)行交配來確定轉(zhuǎn)入基因是否在其生殖系中。通過對(duì)子代進(jìn)行雜交產(chǎn)生純合的轉(zhuǎn)基因鼠。將25-40個(gè)受精卵移植入假孕雌鼠子宮內(nèi)。87獲得轉(zhuǎn)基因鼠的純合鼠系轉(zhuǎn)基因鼠未轉(zhuǎn)基因鼠

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