第章植物基因工程基因工程原理与技术刘志国课件.ppt

第十章 植物基因工程 目录 第一节 植物基因工程发展现状 第二节 常见的植物受体类型 一 原生质体 二 叶盘 三 花 第三节 植物基因工程载体的特点 第四节 植物基因工程载体的构建 第五节 常见的植物转基因方法 一 基因枪法 二 叶盘法 三 根癌农杆菌介导法 四 沾花法 第六节 转基因植物筛选与鉴定 一 PCR法与Southern法检测外源基因的整合 二 RT-PCR与Nouthern检测外源基因的表达 第七节 植物基因工程应用举例 本章小结 思考题 第一节 植物基因工程发展现状 一、植物基因工程： 概念: 植物基因工程，又称转基因或植物遗传转化，其研究的关键是从不同生物中提取外源基因片段及载体ＤＮＡ，经过体外切割、拼接和重组，然后采取某种转化方法，把重组后的带有外源基因的载体ＤＮＡ引入植物细胞，并使其在植物细胞内进行复制和表达，以达到预期的改变受体植物细胞遗传特性的目的，从而改良植物性状，培育优质高产抗逆作物新品种。 二、植物基因工程的发展现状 20世纪60～70年代，人们仿效细菌转化法开展了植物转基因的尝试。 1983年，第一株转基因植株(Zambryski，1983)的获得标志着植物转基因时代的到来。 1987年，Cornell大学的Sanford等发明了基因枪，同年Klein首次将其用于植物转基因研究，克服了当时农杆菌介导的转基因方法的受体种类和基因型的限制，开创了植物转基因方法的新领域。 目前，植物转基因已成为植物分子生物学研究的强有力的实验手段；更是基因克隆、功能基因组研究必不可少的实验工具。 近年来，遗传转化方法不断创新，以转化系统的原理不同大致可分为三类： ①农杆菌介导的基因转移； ②以原生质体、细胞或组织为受体的直接转移；如电激、微注射、PEG介导转化原 生质体等，基因枪和超声波法可把外源DNA直接导入带壁的植物细胞，从而避免原生质体再生植株的漫长过程，使转基因更为快速简易； ③种质系统的基因转移(germ line transformation)，如利用子房注射、种胚、体细胞胚及花粉等途径导入外源基因。 三、国内植物基因工程发展状况 中国转基因作物种植面积最大的是抗虫棉，己经建立了较为完善的棉花规模化转基因技术体系，培育出一批具有自主知识产权的优质、高产、多抗的转基因棉花新品种。 中国培育的多个高抗病虫转基因水稻新品种，是继抗虫棉之后第一个具有较大影响和产业化前景的转基因植物，居国际领先地位。 中国培育的转基因抗病小麦对黄萎病、赤霉病、白粉病有很好的防治效果。2003年中国培育出世界上第一个可用于大田生产的转基因抗盐碱杨树新品种-中天杨，这一成果在杨树抗盐性转基因体系及抗盐新品种选育方面达到国际先进水平，为中国和世界盐碱地绿化找到了一条新途径。 中国己育成高含油量转基因油菜超油1号、超油2号新品系，含油量分别达到47 %0 , 53%，是目前世界上含油量最高的甘蓝型油菜。 2007年，中国农业大学承担的“高蛋白质、高赖氨酸转基因玉米自交系和杂交组合的选育”课题通过成果鉴定，并申请了国家发明专利，这项技术成果为优质玉米的培育探索了一条新途径，具有潜在的巨大经济效益和社会效益。 目前中国在转基因作物研究方面与国际基本同步，在发展中国家中处于领先地位，植物转基因技术的研究和应用取得了很大的成绩，在转基因水稻、小麦、棉花、番茄、甜椒等作物的研究与应用方面己达到国际领先水平。 四、植物基因工程存在的问题 （1)多数植物存在转化效率低、重复性差的问题，特别是一些重要粮食作物的转基因效率还不高; （2)由于植物的基因组庞大，在转基因过程中，一般是用选择性标记才能有效地获得转基因个体，而这种标记对转基因植物本身是不必要的累赘，由此带来一定的生物安全问题; （3)人们还不能随意地定位和导入所需的外源基因; （4)转基因植株再生和鉴定难、操作周期长; （5)植物转基因最常用的农杆菌介导法和基因枪法，都依赖于组织培养，操作复杂，常会引起受体组织的突变，或转化植株出现基因沉默。 另外，还存在外源基因在转基因植物中的遗传稳定性问题。 第二节 常见的植物受体类型 愈伤组织受体系统 原生质体 种质受体系统 胚状体受体系统 直接分化芽受体系统 愈伤组织受体系统 特点： ①愈伤组织是由脱分化的分生细胞组成，易接受外源DNA，转化率较高； ②多种外植体都可经组织培养诱导产生愈伤组织，可应用于多种植物基因转化； ③愈伤组织可继代扩繁，因而由转化愈伤组织可培养获得大量的转化植株； ④从外植体诱导的愈伤组织常由多细胞形成，本身就是嵌合体，因而分化的不定芽嵌合体比例高，增加了转基因再生植株筛选的难度； ⑤愈伤组织所形