第十一 章 植物、动物基因工程

第十一章:动植物基因工程•植物基因工程•动物基因工程一、植物基因工程•依据植物细胞全能性•对单个细胞改造即可再生完整的转基因植株•转基因植物可以遗传（一）植物基因转化的方法1、农杆菌的Ti质粒载体•农杆菌是植物病原菌•携带Ti质粒•质粒上一段DNA称为T-DNA（Transfer-DNA)•能转移并整合到植物基因组中2、基因枪•目的基因用金粉或钨粉包裹成直径1~4μm颗粒，再利用基因枪以火药爆炸或压缩氦气为动力将DNA颗粒以300~600m/s的速度打入植物细胞。（二）植物抗病的分子机理1、植物的抗病反应•非寄主抗性：病菌只对某种植物有作用—轮作•结构屏障：细胞壁、角质层、蜡质、木质化•诱导抗性：产生防卫反应，糖蛋白、抗毒素等2、抗病基因的克隆目前已克隆了16个抗病基因如：•玉米的HmI基因：对Cochliobolus真菌的抗性•番茄Pto基因:对avrpot病菌的抗性•拟南荠Rps2基因：对avrRpt2病菌抗性等。3、杀菌肽•能够起到杀菌作用的多肽•许多昆虫中具有这样的多肽•能够破坏细菌的细胞膜，造成离子通道，导致细胞内含物泄漏。杀菌肽的特点•由30多个aa组成•N端由碱性aa残基组成•C端酰胺化•多数第二位为Trp•对植物病原菌有强的和广谱的杀伤作用杀菌肽基因工程•人工合成杀菌肽基因•转入植物体中•获得抗性品种（三）抗性品种的培育1、抗虫植物•苏云金杆菌毒蛋白（Bttoxin）基因苏云金杆菌孢子能产生伴孢晶体蛋白，也称为杀虫晶体蛋白或Bt毒蛋白。通过人工改造合成的Bt毒蛋白基因，对棉铃虫等有强的毒杀作用。苏云金杆菌毒蛋白（Bttoxin）基因•图1.InsecteatsBtcrystalsandspores.2.Thetoxinbindstospecificreceptorsinthegutandtheinsectsstopseating.3.Thecrystalscausethegutwalltobreakdown,allowingsporesandnormalgutbacteriatoenterthebody.4.Theinsectdiesassporesandgutbacteriaproliferateinthebody.•蛋白酶抑制剂基因产生的蛋白酶抑制剂，能抑制昆虫的消化酶，抑制植物蛋白的水解，使昆虫产生厌食反应，最终导致昆虫的死亡。•外援凝聚素基因产生的外源凝集素被昆虫摄食，可与肠道粘膜上的糖蛋白结合，影响营养物质的吸收，还可以诱发消化道病灶对昆虫造成危害，达到杀虫的目的。2、抗病毒植物•病毒侵染植物的主要过程•脱外壳蛋白•病毒蛋白的翻译•病毒基因组的复制•病毒颗粒的包装•外壳蛋白介导的抗性转入外壳蛋白基因，产生的外壳蛋白可以封闭病毒侵染植物的脱壳过程，使病毒核酸无法进入植物。•反义RNA介导的抗性将互补的病毒外壳蛋白mRNA的anRNA转入植物，可阻碍病毒复制获得抗病毒的转基因植物。3、抗除草剂植物•草甘膦是一种对环境无害的除草剂，功能是抑制5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合酶（EPSPS），在大肠杆菌中有EPSPS酶基因，转入植物可以代替自身被抑制的酶起到抗草甘膦的作用。二、动物基因工程•外源基因转入受精卵细胞核中•移植到雌性受体的子宫•胚胎发育成后代•部分后代带有转入基因•培育纯合系1、嵌合体动物（chimeramosaicanimal）•只有部分组织细胞的基因组中整合有外源基因的动物，称为嵌合体动物。•只有当外源基因整合到生殖细胞时，才能将其携带的外源基因遗传给子代。2、转基因动物•所有细胞均整合有外源基因，则具有将外源基因遗传给子代的能力，称为转基因动物。3、转基因动物的方法1）逆转录病毒感染法•是利用反转录病毒载体将外源基因转入动物胚胎早期细胞，与受体细胞核基因组整合，然后移植到受体动物中。2）DNA显微注射法•利用显微注射仪将DNA注射入受精卵中。•通过激素使雌鼠超数排卵35个左右。•从雌性输卵管内取出受精卵。•将外源基因注射入受精卵中变大的雄性原核内。DNA显微注射示意图DNA显微注射器精前核卵细胞核•将25-40个受精卵移植入假孕雌鼠子宫内。•约3周受精卵发育成幼鼠。•从小鼠子代尾巴提取出DNA样品，进行鉴定。•进行交配来确定转入基因是否在其生殖系中。•通过对子代进行杂交产生纯合的转基因鼠。获得转基因鼠的纯合鼠系转基因鼠未转基因鼠F1F23)胚胎干细胞法•胚胎干细胞（embryonicstemcell,ES)：是胚胎发育期的胚细胞，具有分化的功能。•在含有成纤维细胞中培养时ES将保持分化功能•对ES进行基因操作，不影响它的分化功能•可以定点整合，解决了随机整合的问题。从鼠的胚细胞培养胚胎干细胞成纤维细胞胚胎干细胞通过胚胎干细胞获得转基因鼠ES细胞外源基因嵌合鼠植入代孕母鼠4、克隆动物•不经过受精过程而获得新个体的方法就叫做克隆，所获得的动物即叫做克隆动物；•供体细胞核-去核的受体卵细胞-核移植-植入待孕动物的子宫-发育成个体。克隆羊“多莉”的研究者伊斯维姆.穆特