高等植物基因工程

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1、生物工程专业核心课程基因工程华东理工大学张惠展基因工程523416789基因工程的基本概念基因工程的基本原理基因工程所需的基本条件基因工程的操作过程目的基因的克隆与基因文库的构建大肠杆菌基因工程酵母基因工程哺乳动物基因工程高等植物基因工程A高等植物的遗传学特征9高等植物基因工程遗传操作的简易性整株植物的再生性染色体的多倍体性植物的基本特征植物的基本特征植物低等植物藻类地衣高等植物无根、茎、叶等分化器官合子不经胚直接发育为个体含根、茎、叶、花、果分化器官合子经胚再发育为个体苔藓门蕨类门裸子门被子门遗传操作的简易性大多数高

2、等植物具有自我授精的遗传特征，通常能产生大量的后代；而且借助于如风、重力、昆虫传播等自然条件，授精范围广、速度快、效率高。因此，即便是频率极低的基因突变和重组事件，其遗传后果也易被观察。整株植物的再生性植物损伤后，会在伤口长出一块软组织，称为愈伤组织。如果将一小片鲜嫩的愈伤组织取下，放在含有合适营养和植物生长激素的组织培养基中，则这些细胞便会持续生长并分裂成悬浮液。将这些细胞涂在特定的固体培养基上，就会长成新的幼芽，并且这些愈伤组织重新分化成为叶、根、茎，最终成为整株开花植物。愈伤组织的细胞分化取决于植物生长素（Aux

3、ins）和分裂素（Cytokinins）的相对浓度。生长素与分裂素之比高，则根部发育；生长素与分裂素之比低，则茎部发育。整株植物的再生性植物细胞通常不能有效地吸收外源DNA，因为它们具有纤维素构成的细胞壁。可用纤维素酶处理植物细胞壁，形成原生质体，待吸收DNA分子后，经过再生，再通过愈伤组织形成培育出整株植物。这项技术有一定的局限性，即大多数单子叶农作物（如谷类作物）很难从原生质再生出完整细胞。染色体的多倍体性很多高等植物拥有比人类更大的基因组，并以多倍体的形式存在。大约三分之二的禾本科植物呈多倍体型，其染色体数目范围

4、从24至144不等。这种多倍体植物在组织培养过程中呈现出较高的遗传不稳定性，导致体细胞变异。B高等植物基因工程的基本概念9高等植物基因工程高等植物基因工程高等植物细胞基因表达技术高等植物转基因技术转基因植株植物工程细胞农作物遗传性状改良蛋白多肽物质大规模生产小分子化合物大规模生产高等植物基因工程的发展历程1983年美国和比利时科学家首次将外源基因导入烟草和胡萝卜1994年世界上第一种耐储藏的番茄在美国批准上市1995年转基因的抗虫、抗除草剂的玉米和棉花在美国投入生产2000年美国转基因大豆的种植面积首次超过普通大豆迄今

5、为止世界上共批准了12种作物、6大类性状的48个转基因品种进行商业化生产，其中包括水稻、玉米、马铃薯、小麦、黑麦、红薯、大豆、豌豆、棉花、向日葵、油菜、亚麻、甜菜、甘草、卷心菜、番茄、生菜、胡萝卜、黄瓜、芦笋、苜蓿、草莓、木瓜、猕猴桃、越橘、茄子、梨、苹果、葡萄等。C高等植物的基因转移系统9高等植物基因工程Ti质粒介导的整合转化程序植物病毒介导的转染程序植物细胞的直接转化程序植物原生质体的再生程序Ti质粒介导的整合转化程序几乎所有的双子叶植物尤其是豆科类植物的根部常常会形成根瘤，这是由于植物根部被一种革兰氏阴性土壤杆菌

6、农杆根瘤菌（A.tumefaciens）感染所致，其致瘤特性是由该菌细胞内的野生Ti质粒的结构与功能型质粒Ti（Tumor-inducing）介导的。Ti质粒的结构与功能Ti质粒的图谱整个质粒160-240kb其中T-DNA12-24kbtms的编码产物负责：合成吲哚乙酸tmr的编码产物负责：合成植物分裂素tmt的编码产物负责：合成氨基酸衍生物冠瘿碱Ti质粒的结构与功能Ti质粒致瘤的分子机制损伤的植物根部会分泌出乙酰丁香酸和羟基乙酰丁香酸，它们能诱导Ti质粒上的vir基因以及根瘤菌染色体上的一个操纵子表达。vir基因产

7、物将Ti质粒上的T-DNA单链切下，而根瘤菌染色体上的操纵子表达产物则与单链T-DNA结合形成复合物，后者转化植物根部细胞。Ti质粒的结构与功能T-DNA的染色体整合机制T-DNA的染色体整合机制Ti质粒的结构与功能Ti质粒的改造除去T-DNA上的生长素（tms）和分裂素（tmr）生物合成基因，因为大量的生长素和分裂素会抑止细胞再生长为整株植物；除去T-DNA上的有机碱生物合成基因（tmt）；因为有机碱的合成大量消耗精氨酸和谷氨酸，影响植物细胞的生长；安装大肠杆菌复制子，使其能在大肠杆菌中复制，以利于克隆操作；安装植物

8、细胞的筛选标记，如neor基因，使用植物基因的启动子和polyA化信号序列；安装多聚人工接头以利于外源基因的克隆。除去Ti质粒上的其它非必需序列，最大限度地缩短载体的长度；共整合转化程序二元整合转化程序将外源基因克隆在大肠杆菌-农杆菌穿梭质粒的T-DNA区内；重组质粒直接转化农杆菌株，该菌株携带只含vir区不含T-DNA区的Ti辅