基因工程轉(zhuǎn)基因概況第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五主要內(nèi)容一、轉(zhuǎn)基因動植物的概況二、轉(zhuǎn)基因動植物的基本方法三、基因工程的應用四、轉(zhuǎn)基因動植物及生物安全五、預想六、基因編輯新技術(shù)第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五一、轉(zhuǎn)基因動植物的概況第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)基因作物是指科學家在實驗中，把作物的基因加以改變，再制造出具備新特征的作物。轉(zhuǎn)基因與雜交是完全不同的概念。雜交只能在同類之間發(fā)生，如圓皺豌豆雜交。而轉(zhuǎn)基因則可以提取不同種類植物甚至動物的基因，將其移植到植物上。第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)基因作物種植地區(qū)：00年有13個國家種植，主要集中在南美、北美和澳洲。種植面積：全球轉(zhuǎn)基因作物的種植總面積為4420萬公頃，種植大國美國、阿根廷、加拿大、澳大利亞的種植面積占全球總面積的99%，其中美國68%、阿根廷23%、加拿大7%、澳大利亞1%，余下的1%為墨西哥、西班牙、法國、南非等。品種分布：大豆約占58%，玉米約占23%，棉花約占12%，油菜籽約占6%，其他占1%。第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五我國轉(zhuǎn)基因作物的概況我國是最早開始研究轉(zhuǎn)基因作物的國家之一。正在進行中間實驗的轉(zhuǎn)基因作物48種，涉及作物11種，其中水稻、小麥、玉米、西紅柿、白菜、甜瓜、香木瓜、花生和廣藿香等為轉(zhuǎn)基因食品植物。正在進行環(huán)境釋放試驗的轉(zhuǎn)基因作物49種，其中水稻、玉米、大豆、馬鈴薯、西紅柿、甜椒和線辣椒為轉(zhuǎn)基因食品植物。第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)基因動物將外源重組基因轉(zhuǎn)染并整合到動物受體細胞基因組中，從而形成在體內(nèi)表達外源基因的動物，稱為轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物表達系統(tǒng)，包括外源基因、表達載體和受體細胞等，基因組的轉(zhuǎn)移則是細胞核移植和動物克隆技術(shù)，人工合成與設(shè)計基因、全基因乃至基因組的轉(zhuǎn)基因技術(shù)是合成生物學。遺傳的基本物質(zhì)是DNA，基因則是位于染色體上有遺傳效應的DNA片段，對于儲存在生物全套染色體中的全部遺傳信息，可稱其為基因組。由于不同種類、不同個體的生物基因組成是不同的，因此對動物個體來說，非自身的基因成分屬于外源基因，如果把外源基因整合或?qū)雱游锶旧w基因中，那么這個外源基因就被稱為轉(zhuǎn)基因(transgene)(即轉(zhuǎn)移來的基因)，這種動物就是轉(zhuǎn)基因動物（transgenicanimals）。轉(zhuǎn)基因動物是指將特定的外源基因?qū)珓游锸芫鸦蚺咛?，使之穩(wěn)定整合于動物的染色體基因組并能遺傳給后代的一類動物。第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五二、轉(zhuǎn)基因動植物的基本方法第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五1、植物轉(zhuǎn)基因的方法a．農(nóng)桿菌介導轉(zhuǎn)化法農(nóng)桿菌是普遍存在于土壤中的一種革蘭氏陰性細菌，它能在自然條件下趨化性地感染大多數(shù)雙子葉植物的受傷部位，并誘導產(chǎn)生冠癭瘤或發(fā)狀根。根癌農(nóng)桿菌和發(fā)根農(nóng)桿菌中細胞中分別含有Ti質(zhì)粒和Ri質(zhì)粒，其上有一段T-DNA，農(nóng)桿菌通過侵染植物傷口進入細胞后，可將T-DNA插入到植物基因組中。因此，農(nóng)桿菌是一種天然的植物遺傳轉(zhuǎn)化體系。人們將目的基因插入到經(jīng)過改造的T-DNA區(qū)，借助農(nóng)桿菌的感染實現(xiàn)外源基因向植物細胞的轉(zhuǎn)移與整合，然后通過細胞和組織培養(yǎng)技術(shù)，再生出轉(zhuǎn)基因植株。農(nóng)桿菌介導法起初只被用于雙子葉植物中，近年來，農(nóng)桿菌介導轉(zhuǎn)化在一些單子葉植物（尤其是水稻）中也得到了廣泛應用。第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五b．基因槍介導轉(zhuǎn)化法利用火藥爆炸或高壓氣體加速（這一加速設(shè)備被稱為基因槍），將包裹了帶目的基因的DNA溶液的高速微彈直接送入完整的植物組織和細胞中，然后通過細胞和組織培養(yǎng)技術(shù)，再生出植株，選出其中轉(zhuǎn)基因陽性植株即為轉(zhuǎn)基因植株。與農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化相比，基因槍法轉(zhuǎn)化的一個主要優(yōu)點是不受受體植物范圍的限制。而且其載體質(zhì)粒的構(gòu)建也相對簡單，因此也是目前轉(zhuǎn)基因研究中應用較為廣泛的一種方法。第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五c．花粉管通道法在授粉后向子房注射合目的基因的DNA溶液，利用植物在開花、受精過程中形成的花粉管通道，將外源DNA導入受精卵細胞，并進一步地被整合到受體細胞的基因組中，隨著受精卵的發(fā)育而成為帶轉(zhuǎn)基因的新個體。該方法于80年代初期由我國學者周光宇提出，我國目前推廣面積最大的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉就是用花粉管通道法培育出來的。該法的最大優(yōu)點是不依賴組織培養(yǎng)人工再生植株，技術(shù)簡單，不需要裝備精良的實驗室，常規(guī)育種工作者易于掌握。第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2、動物轉(zhuǎn)基因的方法a、顯微注射是最常用且成功率較高的方法，以轉(zhuǎn)基因小鼠的制作為例，大致步驟如下：采集受精卵↓向受精卵雄性原核注入DNA溶液↓將2細胞的受精卵移植到假妊娠雌性小鼠的輸卵管中↓導入基因的鑒定第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五b、胚胎干細胞法胚胎干細胞(ES細胞）是指從囊胚期的內(nèi)細胞團中分離出來的尚未分化的胚胎細胞，具有發(fā)育全能性，能進行體外培養(yǎng)<；擴增、轉(zhuǎn)化和制作遺傳突變型等遺傳操作。本法以整合有外源基因的ES細胞作為供體細胞，大致過程如下：

(1）獲取發(fā)育至一定時期的胚胎，經(jīng)培養(yǎng)后，剝離和分散內(nèi)細胞團，再培養(yǎng)，最后分離、擴散、鑒定ES細胞。(2）通過基因打靶技術(shù)，將外源基因經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄病毒感染、電脈沖法等方法導入ES細胞，體外培養(yǎng)和篩選有外源基因表達者。(3）獲取囊胚期胚胎，作為ES細胞的移植受體。(4）通過顯微操作將ES細胞注入到囊胚期胚胎的腔內(nèi)，使之與內(nèi)細胞團緊靠在一起，成為嵌合體。(5）將注射過的胚胎，經(jīng)培養(yǎng)后篩選無發(fā)育缺損的囊胚，移植到交配第3天的假孕受體動物子宮內(nèi)，培育出轉(zhuǎn)基因動物。第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五本法外源基因整合率高，植入囊胚前篩選合適的轉(zhuǎn)化的ES細胞，克服了以前只能在子代選擇的缺點，并能充分利用分子生物學發(fā)展起來的各種先進方法，是很有前途的技術(shù)。缺點是不易建立ES細胞系。并且由于通過嵌合體途徑，所以實驗周期長。第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

c、電脈沖法電脈沖法（electroporation）又稱電穿孔法，是將供體DNA與受體細胞充分混勻，在外界的高電壓短脈沖下改變細胞膜結(jié)構(gòu)，使細胞膜產(chǎn)生瞬間可逆性電穿孔，從而使一定大小的DNA可以通過細胞膜進入細胞，運送到細胞核。1980年，津墨緬（Zimmermann）等首先應用電脈沖技術(shù)把藥物及染料導人小鼠胸腺細胞及紅細胞，同年汪大鍵（T.K.Wang）和細基（Neumail）首先報道了用電脈沖法將TK基因?qū)薈TK小鼠的CTK細胞，在106個處理細胞中得到了67個轉(zhuǎn)化克?。洪_創(chuàng)了外源基因的電脈沖方法。目前在動物中電脈沖法主要用來轉(zhuǎn)化胚胎干細胞。第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五d、精子導入法利用精子作為外源基因載體，借助受精作用把外源綦因?qū)耸芫?，整合到受精卵的基因組中，稱之為精子載體導入法，是構(gòu)建轉(zhuǎn)基因動物的一種新嘗試。該法簡單、方便，依靠生理受帶過程，免去了對原核的損傷。但在實踐中成功率較低，對精子是否可作為外源DNA的載體也存在爭論。目前這項技術(shù)尚處在探索階段。第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五三、基因工程的應用第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五（一）基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生1．生產(chǎn)基因工程藥品（1）用基因工程方法生產(chǎn)的"工程菌"可以高效率地生產(chǎn)出高質(zhì)量，低成本的藥品。①用大腸桿菌生產(chǎn)的胰島素：治療糖尿病的特效藥。②用大腸桿菌及酵母菌生產(chǎn)的干擾素：抗病毒的特效藥，其化學本質(zhì)為糖蛋白。③乙肝疫苗：將乙肝病毒中的有關(guān)基因分離出來，引入細菌的細胞中，再采用發(fā)酵的方法，或者引入哺乳動物的細胞中，再采用細胞培養(yǎng)的方法，就能讓細菌或哺乳動物的細胞生產(chǎn)出大量的疫苗。（2）我過自行生產(chǎn)的幾種基因工程藥品：白細胞介素-2,干擾素，乙肝疫苗、人生長激素等。第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2．用于基因診斷和基因治療（1）基因診斷：①概念：用放射性同位素（如32P），熒光分子等標記的DNA分子做探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被檢測標本的遺傳信息，達到檢測疾病的目的。②DNA探針：是單鏈的，作用是從基因文庫中準確地提取出目的基因。由于DNA雙鏈的核苷酸序列是彼此互補的，當DNA分子雜交時首先將雙鏈DNA加熱或升高PH值，使雙鏈解開，根據(jù)所需的核苷酸序列制成一段與之互補的核苷酸短鏈，并用同位素標記，即成為探針。用這一探針查基因文庫中已變性的DNA片段，如果有一個DNA片段能和探針片段互補結(jié)合而合成雙鏈（分子雜交），說明這一片段即含有所需的基因。③原理：DNA分子雜交。④優(yōu)點：快速簡便。⑤實例：用β-珠蛋白的DNA探針可以檢測出鐮刀狀細胞貧血癥，用苯丙氨酸羥化酶基因探針可以檢測出苯丙酮尿癥，用白血病患者細胞中分離出的癌基因制備的DNA探針，可以用來檢測白血病。（2）基因治療：把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎校_到治療疾病的目的。目前作到的只是引入外源基因使其表達，以補充缺失的或失去正常功能的酶，而不能作到用正常基因去替換突變的基因。第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五（二）基因工程與農(nóng)牧業(yè),食品工業(yè)1．農(nóng)業(yè)方面：（1）通過基因工程技術(shù)獲得高產(chǎn),穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物和各種特色水果。（2）用基因工程的方法培育出具有各種抗擬性的作物新品種。如抗蟲，抗病毒，抗除草劑，抗鹽堿，抗干旱，抗高溫等。第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2．牧業(yè)方面：利用基因工程技術(shù)培育具有抗病能力，高產(chǎn)仔率，高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量皮毛的動物等。3．食品工業(yè)：開辟新的食物來源。用微生物來生產(chǎn)人類所需要的營養(yǎng)物質(zhì)。第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五（三）基因工程與環(huán)境保護1．環(huán)境檢測：如用DNA探針可以檢測飲用水中病毒的含量，特點是快速，靈敏，精確。2．環(huán)境凈化：科學家用基因工程的方法培育出了能同時分解四種烴類化合物的“超級細菌”以及“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細菌，還有能夠凈化鎘污染的植物等。第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五四、轉(zhuǎn)基因動植物及生物安全第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五一、轉(zhuǎn)基因生物與食品轉(zhuǎn)基因生物在聯(lián)合國公約《生物安全議定書》上，各個國家全部都接受的一個概念，稱做“改性活生物體”LivingModifiedOrganisms，簡稱LMOs，或者叫“遺傳飾變生物”GeneticallyModifiedOrganisms，GMOs。LMOs或GMOs就是指憑借現(xiàn)代生物技術(shù)獲得的遺傳材料新異組合的活生物體。實際上就是將外源DNA導入生物體基因組，引起了遺傳改變，改變了遺傳組成的生物，就是轉(zhuǎn)基因生物。這里強調(diào)活生物體，活體就是能夠遺傳或者復制遺傳材料的生物實體。比如說種子就是一個活體。現(xiàn)代生物技術(shù)主要是講試管核酸技術(shù)，DNA重組或者核酸導入細胞或細胞器，或者是超分類學科的細胞融合，這就是現(xiàn)代生物技術(shù)。轉(zhuǎn)基因食品是轉(zhuǎn)基因生物的產(chǎn)品或者加工品，它可以是活體的，也可以是非活體的。比如說轉(zhuǎn)基因動植物直接產(chǎn)品，轉(zhuǎn)基因的油菜籽，轉(zhuǎn)基因的番茄，還有一些大豆油、大豆，包括豆腐。這些轉(zhuǎn)基因食品主要來源于植物性的轉(zhuǎn)基因生物。目前市場上的轉(zhuǎn)基因動物還不多，幾乎沒有商業(yè)化的生產(chǎn)，主要是轉(zhuǎn)基因的植物。轉(zhuǎn)基因植物從1996年開始大面積的推廣。第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五二．轉(zhuǎn)基因安全性的爭論轉(zhuǎn)基因食品是從實驗室中走出來的，是人工制造出來的。在講究自然、生態(tài)、健康消費熱潮的今天，轉(zhuǎn)基因食品被不少人視為“異類”，把它打入“冷宮”，可以說，轉(zhuǎn)基因食品的安全性倍受人們的質(zhì)疑。在世界上，美國是轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展最快的國家，其國內(nèi)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物種類最多，種植面積也最大。目前美國60%以上的加工食品都是以轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物為原料。美國公眾接受轉(zhuǎn)基因食品的程度也最高，民意測驗顯示，大多數(shù)美國人接受并采用利用生物技術(shù)生產(chǎn)的糧食和食品。而抗議和抵制轉(zhuǎn)基因食品最強烈的要數(shù)歐洲的消費者。據(jù)調(diào)查，66%的法國人認為轉(zhuǎn)基因食品對人體健康有害，在英國也只有14%的人接受轉(zhuǎn)基因食品，大多數(shù)消費者對轉(zhuǎn)基因食品的安全性持懷疑態(tài)度。第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五1）轉(zhuǎn)基因食品安全性經(jīng)合組織1993年提出了食品安全性評價的實質(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)品具有實質(zhì)等同性，則可以認為是安全的。若轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)產(chǎn)品不存在實質(zhì)等同性，則應進行嚴格的安全性評價。在進行實質(zhì)等同性評價時，一般需要考慮以下一些主要方面：三．轉(zhuǎn)基因生物與食品的安全性評價第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五a、有毒物質(zhì)必須確保轉(zhuǎn)入外源基因或基因產(chǎn)物對人畜無毒。如轉(zhuǎn)Bt殺蟲基因玉米除含有Bt殺蟲蛋白外，與傳統(tǒng)玉米在營養(yǎng)物質(zhì)含量等方面具有實質(zhì)等同性。要評價它作為飼料或食品的安全性，則應集中研究Bt蛋白對人畜的安全性。目前已有大量的實驗數(shù)據(jù)證明Bt蛋白只對少數(shù)目標昆蟲有毒，對人畜絕對安全。第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五b、過敏源在自然條件下存在著許多過敏源。在基因工程中如果將控制過敏源形成的基因轉(zhuǎn)入新的植物中，則會對過敏人群造成不利的影響。所以，轉(zhuǎn)入過敏源基因的植物不能批準商品化。如美國有人將巴西堅果中的2S清蛋白基因轉(zhuǎn)入大豆，雖然使大豆的含硫氨基酸增加，但也未獲批準進入商品化生產(chǎn)。另外還要考慮營養(yǎng)物質(zhì)和抗營養(yǎng)因子的含量等。第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2）轉(zhuǎn)基因生物的環(huán)境安全性環(huán)境安全性評價要回答的核心問題是轉(zhuǎn)基因植物釋放到田間去是否會將基因轉(zhuǎn)移到野生植物中，或是否會破壞自然生態(tài)環(huán)境，打破原有生物種群的動態(tài)平衡。第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五四．解決解決安全性的重要手段◆2000年1月美國政府對轉(zhuǎn)基因玉米的種植頒布了限令，以防止害蟲對轉(zhuǎn)基因玉米中毒素形成抗藥性。美國環(huán)境保護局限令美國大部分玉米產(chǎn)區(qū)的農(nóng)場主應至少種植20％的傳統(tǒng)玉米，在同時種植玉米和棉花的地區(qū)，傳統(tǒng)玉米要達到50％?！?001年7月出臺了《轉(zhuǎn)基因食品管理草案》規(guī)定，來源于植物且被用于人類或動物的GMF在進入市場之前至少120天，生物工程制造商必須向FDA提出申請，并提供此類食品的相關(guān)資料，以確認此類食品與相應的傳統(tǒng)產(chǎn)品相比具有等同的安全性。第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五歐盟對GMF持反對態(tài)度，1998年提出轉(zhuǎn)基因技術(shù)安全性之后，其反對態(tài)度更加強硬。他們對轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育的農(nóng)作物、家畜以及再加工食品加以抵制，尤其對美國的轉(zhuǎn)基因玉米已終止了進口，然而對于西班牙和德國的轉(zhuǎn)基因玉米卻沒有采取措施?！魵W盟的法律由兩項：歐盟理事會90／220令，于1990年4月頒布實施，該法令中規(guī)定了轉(zhuǎn)基因生物的批準程序；1997年5月《新食品法》規(guī)定對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品必須加貼標簽。

第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五元首表示這東西并不能吃！第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五1993年12月份，國家科委就發(fā)布了一個叫《基因工程安全管理辦法》，提出了轉(zhuǎn)基因的申報、審批、安全控制。1996年7月份，農(nóng)業(yè)部又發(fā)布了一個叫《農(nóng)業(yè)生物基因工程安全管理實施辦法》，也是要登記，要審查。1999年，國家環(huán)保總局發(fā)布了《中國國家生物安全框架》，提出了我們國家在生物安全方面的政策體系、法規(guī)框架，風險評估、風險管理技術(shù)準則，國家能力建設(shè)；還成立了有關(guān)的機構(gòu)，有七、八個部門參加，還發(fā)布了一個框架文件。特別重要的是2001年5月23日國務(wù)院，以304號令公布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例》。第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五五、預想第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

初第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

生長第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五擴散第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

瘋長第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

完成第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五六、基因編輯新技術(shù)第四十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五crispr/cas9基因編輯CRISPR/Cas9來源于細菌和古細菌在長期演化過程中形成的一種適應性免疫防御，可用來對抗入侵的病毒及外源DNA。CRISPR/Cas9系統(tǒng)通過將入侵噬菌體和質(zhì)粒DNA的片段整合到CRISPR中，并利用相應的CRISPRRNAs（crRNAs）來指導同源序列的降解，從而提供免疫性。第四十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五原理此系統(tǒng)的工作原理是crRNA（CRISPR-derivedRNA）通過堿基配對與tracrRNA（trans-activatingRNA）結(jié)合形成tracrRNA/crRNA復合物，此復合物引導核酸酶Cas9蛋白在與crRNA配對的序列靶位點剪切雙鏈DNA。而通過人工設(shè)計這兩種RNA，可以改造形成具有引導作用的sgRNA（shortguideRNA），足以引導Cas9對DNA的定點切割。作為一種RNA導向的dsDNA結(jié)合蛋白，Cas9效應物核