植物基因工程技術(shù)及應(yīng)用

植物基因工程技術(shù)及應(yīng)用第1頁/共73頁第2頁/共73頁

在這個(gè)過程中：

1.“基因剪刀”

——限制性核酸內(nèi)切酶

2.“縫紉針”

——DNA連接酶

3.“交通工具”——載體

4.“乘客”——目的基因第3頁/共73頁植物基因工程技術(shù)及應(yīng)用第4頁/共73頁一、植物基因工程的發(fā)展歷程1983年美國和比利時(shí)科學(xué)家首次將外源基因?qū)霟煵莺秃}卜1994年世界上第一種耐儲(chǔ)藏的番茄在美國批準(zhǔn)上市1995年轉(zhuǎn)基因的抗蟲、抗除草劑的玉米和棉花在美國投入生產(chǎn)2000年美國轉(zhuǎn)基因大豆的種植面積首次超過普通大豆到2005年為止，世界上共批準(zhǔn)了12種作物、6大類性狀的48個(gè)轉(zhuǎn)基因品種進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，其中包括水稻、玉米、馬鈴薯、小麥、黑麥、紅薯、大豆、豌豆、棉花、向日葵、油菜、亞麻、甜菜、甘草、卷心菜、番茄、生菜、胡蘿卜、黃瓜、蘆筍、苜蓿、草莓、木瓜、獼猴桃第5頁/共73頁二、植物基因工程中常用遺傳轉(zhuǎn)化的基因元件1、目的基因真菌和細(xì)菌：

GUS、HPT、NPTⅡ、GNA均來自大腸桿菌；殺蟲蛋白基因cry1Ab、cry1Ac、cry2A則來自蘇云金芽孢桿菌；抗除草劑基因Bar來自吸水鏈霉菌。病毒：幾丁質(zhì)酶基因。植物：蛋白酶抑制基因、凝集素基因等、Xa21、C4相關(guān)基因、水稻中生產(chǎn)胡蘿卜素—前維生素A的基因。動(dòng)物：來自水母的綠色熒光蛋白基因（GFP）、蝎的昆蟲毒素基因、蜘蛛毒素基因。人工合成基因：

Wx的反義基因。第6頁/共73頁2、選擇標(biāo)記基因新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶基因NptII：表達(dá)產(chǎn)物可以拮抗卡那霉素、G418潮霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶Hpt基因：表達(dá)產(chǎn)物可以抗潮霉素（HygromycinB）

Bar基因：表達(dá)產(chǎn)物可以抗PPT)第7頁/共73頁三、轉(zhuǎn)基因的主要方法及原理植物基因轉(zhuǎn)化系統(tǒng)受體細(xì)胞轉(zhuǎn)化方法轉(zhuǎn)化原理載體轉(zhuǎn)化系統(tǒng)名稱共感染法（整體接種法）Ti質(zhì)粒Ri質(zhì)粒

農(nóng)桿菌原生質(zhì)體共培養(yǎng)法（細(xì)胞接種法）RNA載體轉(zhuǎn)化系統(tǒng)葉盤法DNA

病毒基因槍法

各種受體微針注射法電擊法電泳法

物理原理

原生質(zhì)體超聲波法

激光法直接轉(zhuǎn)化系統(tǒng)脂質(zhì)體法PEG法

化學(xué)原理浸泡法卵細(xì)胞花粉管通道法花粉粒生殖細(xì)胞

細(xì)胞細(xì)胞轉(zhuǎn)化法莖尖細(xì)胞種質(zhì)細(xì)胞種質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)第8頁/共73頁植物成功應(yīng)用的轉(zhuǎn)化方法：直接轉(zhuǎn)化法：是通過物理或化學(xué)方法將外源基因?qū)胫参锛?xì)胞或原生質(zhì)體，由此獲得轉(zhuǎn)基因植株的方法?；驑尫?、花粉管通道法、電擊法、PEG法、超聲波法、激光束法、脂質(zhì)體法和減壓滲透法等。間接轉(zhuǎn)化法：是通過生物體（如農(nóng)桿菌、細(xì)菌球、病毒等）介導(dǎo)，將外源基因?qū)胫参锛?xì)胞。根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法。第9頁/共73頁基因槍法（微彈轟擊法）基本原理：將DNA包被在微小的金粉或鎢粉粒表面上，以火藥爆炸、高壓氣體或高壓放電等作為驅(qū)動(dòng)力，將微粒射入受體細(xì)胞或組織，伴隨伴隨而入的DNA分子便隨機(jī)整合到寄主細(xì)胞的基因組中，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的目的。第10頁/共73頁優(yōu)點(diǎn)：（1）直接將DNA送入完整的、可再生的植物細(xì)胞，避開了原生質(zhì)體分離和再生的困難。（2）靶細(xì)胞類型廣泛，不受組織類型限制，幾乎所有具有潛在分生能力的組織或細(xì)胞都可以用基因槍進(jìn)行轟擊轉(zhuǎn)化。（3）利用基因槍法可以同時(shí)將多個(gè)基因?qū)胫参?。缺點(diǎn)：易引起多拷貝插入和非孟德爾遺傳，且外源DNA整合機(jī)理不清楚，隨機(jī)性較大，目標(biāo)基因與篩選標(biāo)記基因有時(shí)發(fā)生重排，有益基因有可能丟失。此外，不同的受體類型，其基因槍轉(zhuǎn)化參數(shù)需進(jìn)行優(yōu)化，且價(jià)格昂貴。第11頁/共73頁高壓氣體基因槍－PDS-1000/He氣壓表氣體加速管可裂圓片運(yùn)動(dòng)中的微彈靶細(xì)胞第12頁/共73頁P(yáng)EG誘導(dǎo)法

基本原理：PEG法借助化合物聚乙二醇、磷酸鈣，在高pH值條件下誘導(dǎo)原生質(zhì)體攝取外源DNA分子。第13頁/共73頁優(yōu)點(diǎn)：對(duì)細(xì)胞傷害小，轉(zhuǎn)化順利實(shí)驗(yàn)成本低受體植物不受種類限制能夠轉(zhuǎn)化較大的外源DNA片段（甚至某物種的總DNA）轉(zhuǎn)化子易于篩選結(jié)果較為穩(wěn)定、重復(fù)性較好易于推廣等優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)：受體制備和保持比較困難分化效率低，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，基因依賴性強(qiáng)，原生質(zhì)體再生困難再生植株結(jié)實(shí)率低，易產(chǎn)生突變體第14頁/共73頁電擊（激）法

基本原理：利用高壓電脈沖作用，在原生質(zhì)體質(zhì)膜上電擊穿孔，形成瞬間可修復(fù)通道（一般只有8nm），當(dāng)外源DNA附著于細(xì)胞質(zhì)膜電擊點(diǎn)時(shí)，DNA分子就有可能通過小孔進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)而整合到受體細(xì)胞基因組上。第15頁/共73頁優(yōu)點(diǎn)：除具有PEG原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化法的優(yōu)點(diǎn)外，還具有操作簡便、DNA轉(zhuǎn)化效率高的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：造成原生質(zhì)體的損傷，使植板率降低儀器比較昂貴。第16頁/共73頁“電注射”法，它可以直接在帶壁的植物組織和細(xì)胞上打孔，將外源基因直接導(dǎo)入細(xì)胞。使用該技術(shù)可以不制備原生質(zhì)體，提高了植物細(xì)胞的存活率，而且簡便易行，現(xiàn)已有水稻上成功應(yīng)用的報(bào)道。第17頁/共73頁花粉管通道法

基本原理：是利用植物受粉后一定時(shí)間內(nèi)，外源DNA可通過花粉管滲入，經(jīng)珠孔通道進(jìn)入胚囊，轉(zhuǎn)化尚不具備正常細(xì)胞壁的卵、合子或早期胚胎細(xì)胞，進(jìn)而借助天然的種胚系統(tǒng)（Germline）形成轉(zhuǎn)基因種胚。第18頁/共73頁優(yōu)點(diǎn)：在理論上可以應(yīng)用于任何開花植物，不需離體再生過程具有廣泛的應(yīng)用性，特別是對(duì)于一些其它轉(zhuǎn)化條件不具備的實(shí)驗(yàn)室尤其值得嘗試操作簡便缺點(diǎn)：無法提供令人信服的分子證據(jù)以及遺傳分析數(shù)據(jù)重復(fù)性也比較差第19頁/共73頁脂質(zhì)體轉(zhuǎn)化法基本原理：是用脂類化學(xué)物質(zhì)包被DNA成球體，通過植物原生質(zhì)體的吞噬或融合作用把脂體內(nèi)的DNA轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞。第20頁/共73頁激光微束介導(dǎo)法基本原理：激光經(jīng)光學(xué)顯微鏡聚焦后，形成微米級(jí)的微光束，細(xì)胞經(jīng)過這種微光束照射后，在細(xì)胞膜上可形成能自我愈合的小孔，使加入細(xì)胞培養(yǎng)基里的外源DNA流入細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)移。第21頁/共73頁低能離子束介導(dǎo)法

基本原理：利用低能離子束的濺射，引起植物細(xì)胞壁刻蝕變薄并產(chǎn)生局部穿孔，使外源DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞。第22頁/共73頁根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法

根癌農(nóng)桿菌：能夠誘發(fā)冠癭瘤的稱為根癌農(nóng)桿菌。發(fā)根農(nóng)桿菌：誘導(dǎo)毛發(fā)狀根的稱為發(fā)根農(nóng)桿菌。第23頁/共73頁農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化原理第24頁/共73頁農(nóng)桿菌與植物細(xì)胞的化學(xué)分子內(nèi)共生關(guān)系轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)譯生長素和細(xì)胞分裂素刺激細(xì)胞分裂冠癭堿冠癭堿分泌分解Opines作為碳源和氮源ChrA.t染色體其它Vir基因的誘導(dǎo)物激活T-DNA加工Vir基因超量誘導(dǎo)Ti質(zhì)粒T-DNAVIRTRAOCC接合轉(zhuǎn)移附著植物細(xì)胞農(nóng)桿菌損傷細(xì)胞產(chǎn)生的誘導(dǎo)物（酚、糖類）第25頁/共73頁常用植物轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)化方法特點(diǎn)比較評(píng)價(jià)條件植物基因轉(zhuǎn)化方法農(nóng)桿菌法PEG法電擊法微針注射法基因槍法花粉管通道法受體材料完整細(xì)胞原生質(zhì)體原生質(zhì)體原生質(zhì)體完整細(xì)胞卵細(xì)胞宿主范圍有無無無無有性繁殖植物組織培養(yǎng)條件簡單復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜簡單無轉(zhuǎn)基因植株轉(zhuǎn)化率10-2~10-110-5~10-410-5~10-410-3~10-210-3~10-210-1~101出現(xiàn)嵌合體比例有無無無多無操作復(fù)雜性簡單簡單復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜簡單設(shè)備要求便宜便宜昂貴昂貴昂貴便宜轉(zhuǎn)化工作效率高低低低高低單子葉植物的應(yīng)用少可行可行可行廣泛廣泛第26頁/共73頁1、利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)功能蛋白和工業(yè)原料利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)醫(yī)用蛋白利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)食品或飼料添加劑利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)工業(yè)原料四、植物基因工程的應(yīng)用第27頁/共73頁轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)如下：植物易于生長，農(nóng)田管理成本相對(duì)低廉，操作技術(shù)要求也不高絕大多數(shù)植物的表達(dá)產(chǎn)物對(duì)人和牲畜無毒副作用，安全可靠植物具有完整的真核表達(dá)修飾系統(tǒng)，利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)的重組蛋白藥物和疫苗在分子結(jié)構(gòu)和生物活性上，與人體來源的蛋白質(zhì)相似第28頁/共73頁利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)醫(yī)用蛋白

借助于根瘤農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，將小鼠抗體的輕鏈和重鏈編碼基因分別置于兩種煙草植物體內(nèi)表達(dá)，然后兩種重組植物品系進(jìn)行雜交，產(chǎn)生的子代植物能同時(shí)合成小鼠的輕鏈和重鏈兩種多肽。轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)小鼠抗體第29頁/共73頁轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)小鼠抗體第30頁/共73頁疫苗蘋果基因工程第31頁/共73頁利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)醫(yī)用蛋白

人葡萄糖腦苷脂酶（hGC）是治療高歇斯癥遺傳病的特效藥，可能也稱得上當(dāng)今世界最昂貴的藥物。每生產(chǎn)一個(gè)劑量的hGC要消耗2000-8000只人類胎盤，因此這種藥物一直供不應(yīng)求。美國VPI研究機(jī)構(gòu)的專家將克隆的hGC基因經(jīng)改造導(dǎo)入到煙草中，并獲得高效表達(dá)。在每克這種轉(zhuǎn)基因煙草的新鮮葉片中，hGC的含量竟高達(dá)1mg，也就是說，從一株轉(zhuǎn)基因煙草中就能產(chǎn)生出傳統(tǒng)工藝需要消耗數(shù)千只胎盤才能獲得的藥物。轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)人葡萄糖腦苷脂酶第32頁/共73頁利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)食品或飼料添加劑

荷蘭科學(xué)家把果糖基轉(zhuǎn)移酶基因?qū)霟煵莺婉R鈴薯中，在獲得的轉(zhuǎn)基因植株中，果聚糖含量占8%（干重）以上，具有良好的開發(fā)前景。轉(zhuǎn)基因煙草和馬鈴薯生產(chǎn)果聚糖第33頁/共73頁利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)食品或飼料添加劑

荷蘭科學(xué)家從黑曲霉菌中克隆到植酸酶基因，并將之導(dǎo)入到煙草的種子中表達(dá)。在飼料中添加這種轉(zhuǎn)基因煙草的種子便可達(dá)到良好的效果。轉(zhuǎn)基因煙草生產(chǎn)植酸酶第34頁/共73頁利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)工業(yè)原料

油菜通常產(chǎn)生十八碳的不飽和脂肪酸，但只要在其體內(nèi)表達(dá)另一個(gè)特殊的基因即可使轉(zhuǎn)基因油菜改為合成月桂酸，并可使其含量提高到44%。此外，鑒于油菜植物易生長且產(chǎn)量高的特點(diǎn)，人們還致力于用它來生產(chǎn)其它工業(yè)用油，如可作潤滑油和尼龍生產(chǎn)原料的芥酸以及用于麥淇淋制作的6-十八碳烯酸等。轉(zhuǎn)基因油菜生產(chǎn)月桂酸第35頁/共73頁利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)工業(yè)原料

聚-b-羥基烷酸（PHAs）和聚羥基丁酸（PHB）兩種結(jié)構(gòu)相似的多聚體具有熱塑性好、可被微生物完全分解的特性，因此被認(rèn)為是最好的無污染性塑料原料。轉(zhuǎn)基因擬南芥生產(chǎn)聚羥基丁酸

將真核細(xì)菌養(yǎng)產(chǎn)堿菌的PHB生物合成基因?qū)霐M南芥中，轉(zhuǎn)基因植物在整個(gè)生命周期中，PHB的含量逐步增加，并達(dá)到每克濕重植物產(chǎn)10毫克PHB的最大產(chǎn)量，大約相當(dāng)于細(xì)胞干重的14%。第36頁/共73頁2、植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)在植物品種改良中的應(yīng)用控制果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)基因植物抗病蟲害的轉(zhuǎn)基因植物抗除草劑的轉(zhuǎn)基因植物改變花卉形狀和顏色的轉(zhuǎn)基因植物抗環(huán)境壓力的轉(zhuǎn)基因植物改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物第37頁/共73頁控制果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)基因植物

植物細(xì)胞中的乙烯由S-腺苷甲硫氨酸經(jīng)氨基環(huán)丙烷羧酸合成酶ACC和乙烯合成酶EFE催化裂解而成?？茖W(xué)家采用反義RNA技術(shù)封閉番茄細(xì)胞中上述兩個(gè)酶編碼基因的表達(dá)，由此構(gòu)建出的重組番茄的乙烯合成量分別僅為野生植物的3%和0.5%，明顯增長了番茄的保存期。第38頁/共73頁控制果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)基因植物植物體內(nèi)乙烯的生物合成機(jī)制第39頁/共73頁抗病蟲害的轉(zhuǎn)基因植物

將抗蟲基因?qū)朕r(nóng)作物是植物基因工程的得意之筆，能避免化學(xué)殺蟲劑所造成的許多負(fù)面影響。目前，抗蟲作物已占全球轉(zhuǎn)基因作物的22％。用于構(gòu)建抗蟲害轉(zhuǎn)基因植物常見的外源基因有蘇云金芽孢桿菌的毒晶蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、凝集素基因、脂肪氧化酶基因、幾丁質(zhì)酶基因、蝎毒素、蜘蛛毒素基因等40多個(gè)，其中毒晶蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因和凝集素基因應(yīng)用最為廣泛。第40頁/共73頁細(xì)菌毒素蛋白編碼基因的植物轉(zhuǎn)基因程序第41頁/共73頁水稻抗蟲基因工程育種第42頁/共73頁轉(zhuǎn)基因水稻植株的田間抗蟲性FEDCBA第43頁/共73頁轉(zhuǎn)基因植株室內(nèi)抗蟲性測(cè)定AB第44頁/共73頁水稻抗白葉枯病基因工程育種第45頁/共73頁水稻抗白葉枯病基因工程育種第46頁/共73頁抗除草劑的轉(zhuǎn)基因植物

在大田里，盡管每年花費(fèi)上百億美元使用100多種化學(xué)除草劑，但雜草的生長仍使農(nóng)作物減產(chǎn)10%。目前使用的除草劑特異性不強(qiáng)，或多或少會(huì)影響農(nóng)作物的生長。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的重組植物可望解決這一問題，其戰(zhàn)略包括：抑制農(nóng)作物對(duì)除草劑的吸收高效表達(dá)農(nóng)作物體內(nèi)對(duì)除草劑敏感的靶蛋白降低敏感性靶蛋白對(duì)除草劑分子的親和性向農(nóng)作物體內(nèi)導(dǎo)入除草劑的代謝滅活能力第47頁/共73頁水稻抗除草劑基因工程育種第48頁/共73頁矮牽?？钩輨┗蚬こ蘀PSPCK第49頁/共73頁抗環(huán)境壓力的轉(zhuǎn)基因植物

植物對(duì)鹽、堿、旱、寒、熱等環(huán)境不利因素的自我調(diào)節(jié)能力很大程度上取決于細(xì)胞內(nèi)的滲透壓，提高滲透壓往往能改善植物對(duì)上述環(huán)境不利因素的耐性。兩種戰(zhàn)略：一：高效表達(dá)能提高植物胞內(nèi)滲透壓的同源或異源蛋白；二：借助于基因工程技術(shù)改變植物細(xì)胞內(nèi)豐度較高的蛋白質(zhì)的氨基酸組成。第50頁/共73頁水稻抗鹽、抗旱基因工程育種第51頁/共73頁改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物

植物油大都是含有雙鍵的不飽和脂肪酸，故在室溫下呈液態(tài)。人造黃油的制作是通過催化加氫使植物油熔點(diǎn)上升，這種工藝不但加工成本很高，而且還會(huì)導(dǎo)致順式雙鍵轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)健康不利的反式雙鍵。利用反義RNA技術(shù)，特異性滅活植物體內(nèi)硬脂酰-ACP脫飽和酶的編碼基因，即可提高轉(zhuǎn)基因油料作物中飽和脂肪酸的含量。將不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)化為飽和脂肪酸第52頁/共73頁改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物

一般糧食種子的儲(chǔ)存蛋白中幾種必需氨基酸的含量較低，例如禾谷類蛋白的賴氨酸含量低，豆類植物的蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸含量低，直接影響到人類主食的營養(yǎng)價(jià)值。將蠶豆中一種富含賴氨酸和甲硫氨酸的蛋白編碼基因植入玉米中，可顯著提高其營養(yǎng)價(jià)值。馬鈴薯和水稻的類似改良也在進(jìn)行之中。提高糧食中必需氨基酸的含量第53頁/共73頁改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物

為了增加稻米中的鐵質(zhì)含量，從大豆芽中分離出鐵蛋白編碼基因，將之轉(zhuǎn)入亞洲稻谷一個(gè)普通品系中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因稻谷能儲(chǔ)存相當(dāng)于普通稻谷3倍的鐵質(zhì)。普通稻米中含有一種植物酸，阻礙人的消化系統(tǒng)對(duì)鐵的吸收。瑞士科學(xué)家將來自水仙等植物的相關(guān)基因植入水稻中，不僅鐵的含量有所提高，而且維生素A的含量也豐富了。提高糧食中鐵元素和維生素的含量第54頁/共73頁改變花卉形狀和顏色的轉(zhuǎn)基因植物大多數(shù)花卉的色素為黃酮類物質(zhì)，而顏色主要取決于色素分子側(cè)鏈取代基團(tuán)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，如花青素衍生物呈紅色，翠雀素衍生物呈藍(lán)色等。在黃酮類色素的生物合成途徑中，苯基苯乙烯酮合成酶（CHS）是一個(gè)關(guān)鍵酶。利用反義RNA技術(shù)可有效抑制矮牽?；▽僦参锛?xì)胞內(nèi)的CHS基因表達(dá)，使轉(zhuǎn)基因植物花冠的顏色由野生型的紫紅色變成了白色，并且對(duì)CHS基因表達(dá)抑制程度的差異還可產(chǎn)生一系列中間類型的花色。改變花卉的顏色第55頁/共73頁基因工程改變矮牽牛的花色各種花色獨(dú)特、花式新穎的轉(zhuǎn)基因矮牽牛花色深淺不同的矮牽牛第56頁/共73頁改變花卉形狀和顏色的轉(zhuǎn)基因植物

植物激素在控制花朵的形狀和大小方面起著重要的作用。例如，細(xì)胞分裂素與植物生長素的比值可以決定植株包括花的形狀。分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的研究都表明，同源異形基因表達(dá)的加強(qiáng)或減弱都會(huì)改變花的大小和形狀，而這些基因的表達(dá)時(shí)間直接影響到植物的花期。同源異形基因控制花形的過程十分保守，在幾乎所有的觀賞花卉中都是一樣的，這就為人們用基因工程的方法改變花形和花期提供了有利條件。改變花卉的形狀第57頁/共73頁第58頁/共73頁五．植物基因工程面臨的主要問題和對(duì)策1、轉(zhuǎn)化率低

基因槍法和農(nóng)桿菌法雖然經(jīng)過了不斷的改進(jìn)，但轉(zhuǎn)化率任然普遍較低，而且基因依賴性很強(qiáng)，部分材料甚至很難實(shí)現(xiàn)成功的轉(zhuǎn)化。

第59頁/共73頁第60頁/共73頁2、轉(zhuǎn)基因沉默

轉(zhuǎn)基因沉默：轉(zhuǎn)基因在受體植物中往往不能穩(wěn)定表達(dá)，有時(shí)甚至完全不表達(dá)，它是目前制約基因工程育種的一大障礙。轉(zhuǎn)錄水平的沉默：是mRNA的合成大幅度減少或根本沒有RNA合成；轉(zhuǎn)錄后沉默：是mRNA或mRNA前體可以正常地合成，但很快被降解或被不正常地加工。第61頁/共73頁3、外源基因的低效表達(dá)轉(zhuǎn)基因表達(dá)效率低乃至不表達(dá)的問題，一般認(rèn)為這與植物表達(dá)載體的設(shè)計(jì)不當(dāng)有關(guān)，如載體中含有多重復(fù)區(qū)域?qū)е露嗷蛑亟M而失活；啟動(dòng)子選擇不當(dāng)；啟動(dòng)子來源和受體材料之間不相匹配等，而啟動(dòng)子是最為重要的因素之一。第62頁/共73頁4、轉(zhuǎn)基因的安全性食品安全性環(huán)境安全性第63頁/共73頁4.1、轉(zhuǎn)基因植物的食品安全性“實(shí)質(zhì)等同性”原則：如果轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)產(chǎn)品具有實(shí)質(zhì)等同性，則可以認(rèn)為是安全的；若轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)產(chǎn)品不存在實(shí)質(zhì)等同性，則應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的安全性評(píng)價(jià)。第64頁/共73頁在進(jìn)行實(shí)質(zhì)等同性評(píng)價(jià)時(shí)，主要考慮：

有毒物質(zhì)：必須確保轉(zhuǎn)入外源基因或基因產(chǎn)物對(duì)人畜無毒。過敏源：如美國有人將巴西堅(jiān)果中的2S清蛋白基因轉(zhuǎn)入大豆，雖然使大豆的含硫氨基酸增加，但也未獲批準(zhǔn)進(jìn)入商品化生產(chǎn)。第65頁/共73頁4.2、轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境安全性轉(zhuǎn)基因植物釋放到田間去是否會(huì)打破原有生物種群的動(dòng)態(tài)平衡轉(zhuǎn)基因植物釋放到田間去是否會(huì)將外源基因轉(zhuǎn)移到野生植物中轉(zhuǎn)基因植物釋放到田間去是否會(huì)破壞自然生態(tài)環(huán)境。第66頁/共73頁

Ｐusztai事件：英國Ｒowett研究所Ｐusztai博士，他用轉(zhuǎn)雪花蓮凝集素基因的土豆喂大鼠，大鼠食用了這種土豆后，體重和器官重量減輕，免疫系統(tǒng)受到了破壞。此事首次引起國際轟動(dòng)。綠色和平組織、地球之友等反生物技術(shù)組織把這種土豆說成是“殺手”，并策劃了破壞轉(zhuǎn)基因作物試驗(yàn)地等行動(dòng)，焚燒了印度的兩塊試驗(yàn)田，甚至美國加州大學(xué)戴維斯分校的非轉(zhuǎn)基因試驗(yàn)材料也遭破壞，以致研究生的畢業(yè)論文都無法答辯。

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斑蝶事件：１９９９年５月，康奈爾大學(xué)的一個(gè)研究組在《Ｎａｔｕｒｅ》雜志上發(fā)表文章，聲稱轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米的花粉飄到一種名叫“馬利筋”的雜草上，用馬利筋葉片飼喂美國大斑蝶，導(dǎo)致４４％的幼蟲死亡。

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加拿大“超級(jí)雜草”事件：由于基因漂流，在加拿大的油菜地里發(fā)現(xiàn)了個(gè)別油菜植株可以抗一種、兩種或三種除草劑，因而有人稱此為“