現(xiàn)代農(nóng)業(yè)基因工程第1頁/共116頁Predicted

changes

in

populationand

food

consumption第2頁/共116頁生產(chǎn)更多的糧食及農(nóng)產(chǎn)品第3頁/共116頁生產(chǎn)更好的糧食及農(nóng)產(chǎn)品生物技術(shù)第4頁/共116頁????第5頁/共116頁中心法則DNA——>RNA——>

蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)譯第6頁/共116頁第7頁/共116頁第8頁/共116頁第9頁/共116頁第10頁/共116頁基因工程第11頁/共116頁在體外將核酸分子插入病毒、質(zhì)?；蚱渌d體分子，并使之進入原先沒有這類分子的寄主細胞內(nèi)，并能持續(xù)穩(wěn)定地繁殖。第12頁/共116頁基因工程步驟第13頁/共116頁1、從復(fù)雜的生物體中分離出帶有目的基因的DNA片段。2、體外將外源DNA片段連接到能夠自我復(fù)制并具有選擇信號的載體分子上，形成重組DNA分子。3、將重組DNA分子轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)募闹骷毎?，并與之一起增殖。4、篩選出獲得重組DNA分子的寄主細胞克隆。5、從篩選獲得的轉(zhuǎn)化子克隆提取出已得到擴增的目的基因。6、將目的基因克隆到表達載體上，導(dǎo)入寄主細胞，使之在新的背景下實現(xiàn)功能表達。植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)第14頁/共116頁第15頁/共116頁植物受體系統(tǒng)第16頁/共116頁植物表達載體系統(tǒng)第17頁/共116頁外源基因?qū)胫参锛毎姆椒ǖ?8頁/共116頁Ti質(zhì)粒介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移基因槍法病毒載體直接將DNA導(dǎo)入植物細胞原生質(zhì)體顯微注射法電擊法脂質(zhì)體融合外源基因?qū)胫参锏闹饕椒ǖ?9頁/共116頁第20頁/共116頁第21頁/共116頁第22頁/共116頁分泌乙酰丁香酮Pi-VirA從質(zhì)粒中切出T-DNA核DNAT-DNAVirG誘導(dǎo)Vir基因表達PiVirD2ATP可能存在植物細胞受體VirBVirD4VirD4核孔冠癭堿T-DNA細胞分裂素植物生長素分泌農(nóng)桿菌植物細胞CNCWCM傷害第23頁/共116頁農(nóng)桿菌與植物互作的可能機制第24頁/共116頁第25頁/共116頁第26頁/共116頁第27頁/共116頁RegenerationSouthern

blotbombardment

DNA

transformationPlasmid

DNABombardment

of

callus第28頁/共116頁第29頁/共116頁植物抗病蟲基因工程第30頁/共116頁病害：真菌、細菌、病毒、線蟲蟲害：常規(guī)方法：傳統(tǒng)育種方法施用化學(xué)殺蟲劑其它措施轉(zhuǎn)基因植物第31頁/共116頁Striped

StemBorer第32頁/共116頁第33頁/共116頁第34頁/共116頁第35頁/共116頁第36頁/共116頁第37頁/共116頁抗真菌植物基因工程第38頁/共116頁1、抗病基因2、降解真菌細胞壁的抗真菌蛋白：幾丁質(zhì)酶β-1,3葡聚糖3、抗真菌蛋白：核糖體失活蛋白thioninsdefensins4、滲調(diào)蛋白5、抗真菌次生代謝產(chǎn)物的基因6、降解真菌產(chǎn)生的毒素抗細菌基因工程第39頁/共116頁1、抗病基因2、抗毒素基因3、其它植物抗病因子：thionins4、非植物抗病基因溶菌酶抗菌肽植物抗體反義基因第40頁/共116頁抗病毒基因工程第41頁/共116頁（一）來源于植物的基因1.抗病基因PR蛋白商陸抗病毒蛋白（二）來源于病毒的基因1.外殼蛋白復(fù)制酶移動蛋白其它蛋白（三）衛(wèi)星RNA分子（四）作用于病毒的抗性1.抗體2.RNase3.干擾素（五）反義RNA（六）核酶第42頁/共116頁第43頁/共116頁第44頁/共116頁抗除草劑基因工程第45頁/共116頁將某種酶的基因轉(zhuǎn)移到作物中，這種酶能夠分解除草劑針對除草劑可通過識別和破壞光合作用及氨基酸合成所需要的酶來殺死植物的特點，把該酶的基因?qū)胫参锔淖兂輨┳R別酶的位點，改變該酶蛋白的氨基酸序列，用于快速檢測和提高雜交稻純度第46頁/共116頁生物固氮第47頁/共116頁提高光合作用效率基因工程改良品質(zhì)第48頁/共116頁一、種子貯藏蛋白：與小麥面粉作成生面團后的粘彈性與面包烘烤質(zhì)量密切相關(guān)（麥醇溶蛋白和麥角蛋白）二、通過加入一些原本缺乏的必需氨基酸的密碼子來提高種子貯蛋白營養(yǎng)品質(zhì)（單子葉甲硫氨酸多、雙子葉賴氨酸多）①玉米醇溶蛋白導(dǎo)入煙草，表達量占種子總蛋白16%。②巴西堅果2S清蛋白（富含甲硫氨酸Met）導(dǎo)入煙草和油菜，煙草表達量為種子總蛋白80%，Met凈增30%。油菜表達量為種子總蛋白40%，Met凈增33%。利用基因工程進行保鮮第49頁/共116頁ACC合成酶乙烯合成酶反義RNA技術(shù)第50頁/共116頁利用基因工程獲得作物雄性不育系第51頁/共116頁從花藥發(fā)育和花粉形成過程中分離到特異性啟動子與核糖核酸酶（RNase）基因連接，而后導(dǎo)入油菜，獲得油菜不育系。毒性基因?qū)胱魑?，使其在花藥或花粉發(fā)育過程中表達。第52頁/共116頁第53頁/共116頁第54頁/共116頁植物抗逆基因工程第55頁/共116頁滲透蛋白基因與耐鹽有關(guān)熱休克蛋白基因熱穩(wěn)定酶基因抗凍蛋白基因植物基因工程與醫(yī)療保健用品生產(chǎn)第56頁/共116頁植物可為人提供藥物、酶制劑、生化試劑、化妝用品、食品添加劑：美國Scripps研究所用煙草表達單克隆抗體，表達量達葉子總蛋白1.3%，1%左右煙草土地面積可生產(chǎn)270千克抗體，供27萬癌癥患者1年治療美國Bio-resources公司用植物基因工程手段生產(chǎn)白細胞介素-2荷蘭用轉(zhuǎn)基因馬鈴薯生產(chǎn)人的血清蛋白韓國用轉(zhuǎn)基因和番茄生產(chǎn)人的胰島素我國利用轉(zhuǎn)基因煙草生產(chǎn)天花粉蛋白Production

of

speciality

chemicalss?Enkephalins?Fatty

acids?Human

serum

albumin?Sugar

monomers?Sugar

thermoplastic

polymer?Vaccines

(e.g.

hepatitis)第57頁/共116頁Dupont公司1997年收購美國最大種子公司——先鋒種子公司的20%股權(quán)，1999全部兼并。Novatis公司以6億美元建農(nóng)業(yè)發(fā)現(xiàn)研究所

AgrEvo公司加強基因組與組合化學(xué)的結(jié)合Monsanto公司與千年制藥公司合作成立

Cereon基因組公司第58頁/共116頁杜邦公司第59頁/共116頁人數(shù)：5000多名科學(xué)家（300華人）投入：每年13億美元目標(biāo)：10年內(nèi)25%纖維素來自采用生物技術(shù)的天然材料玉米—聚酯材料單體—新型合成纖維絲

亞利桑那州的蜘蛛—克隆腺體相關(guān)的基因—細菌表達蛛蛋白溶液—（抽絲裝置）—晶瑩的蛛絲New

Product第60頁/共116頁Crop

Biotechnology

Products

for

the

FutureSpeciality

ChemicalsPharmaceuticalsFoodProcessingAgronomic

Traits1995200020052010Other389(7.3%)第61頁/共116頁Insect

Resistant1258(23.9%)ViralResistant518(9.87%)Agronomic

Properties288(5.4%)HerbicideTolerant1513(28.7%)FungalResistant252(4.7%)ProductQuality1042(19.8%)Field

Releases:

Most

Frequent

Categories1987

to

1998(3/31/99)John

Maddox:What

Remains

tobe

Discovered第62頁/共116頁植物是合成的龐然大物除鋼筋和混凝土外，它們可以合成任何物質(zhì)動物基因工程改良動物品種第63頁/共116頁1、抗病毒抗豬瘟病毒的轉(zhuǎn)基因豬

抗口蹄疫病毒的轉(zhuǎn)基因兔抗白血病病毒的轉(zhuǎn)基因雞和小鼠基因工程疫苗（家禽球蟲病疫苗、狂犬病疫苗）2、提高生長速度第64頁/共116頁大型鼠的生長激素基因與小型鼠的基因融合，21只小鼠7只在一周內(nèi)生長迅速，有6只小鼠比一般的同科小鼠大2.8倍。把生長激素導(dǎo)入鯉魚，獲得生長速度明顯加快的轉(zhuǎn)基因鯉魚。通過遺傳工程培育的微生物來生產(chǎn)生長激素，然后注射豬，豬瘦肉增加15~18%。牛注射生長激素，使牛奶產(chǎn)量增加

30%。3、改良動物適應(yīng)性鯰魚耐寒性較差，將耐寒性基因和生長激素導(dǎo)入鯰魚第65頁/共116頁4、改良動物的生產(chǎn)性狀澳大利亞將老鼠的唾液腺中提取出的老鼠表皮生長因子給羊注射，能在毛囊深處使毛纖維變細變脆。第66頁/共116頁第67頁/共116頁第68頁/共116頁3、改良動物適應(yīng)性鯰魚耐寒性較差，將耐寒性基因和生長激素導(dǎo)入鯰魚第69頁/共116頁4、改良動物的生產(chǎn)性狀澳大利亞將老鼠的唾液腺中提取出的老鼠表皮生長因子給羊注射，能在毛囊深處使毛纖維變細變脆。聰明鼠第70頁/共116頁美國華裔生物學(xué)家錢卓領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，通過為小鼠注入一種叫RNIB的基因成功培育出一批“聰明”的實驗鼠。與普通小鼠相比，它們學(xué)習(xí)得更快，記憶時間更長，對新事物更為敏感，對環(huán)境的變化更能靈活適應(yīng)。動物反應(yīng)器第71頁/共116頁人血液凝固因子IX和人α-1抗胰蛋白酶基因注入羊，羊奶中表達了人血液凝固因子IX和人α-1抗胰蛋白酶。轉(zhuǎn)基因羊表達人干擾素轉(zhuǎn)基因羊生產(chǎn)組織型纖溶酶原激活劑和凝血IX因子上海用轉(zhuǎn)基因羊生產(chǎn)人凝血因子植物細胞工程第72頁/共116頁組培：選擇合適的外植體除去病原菌和雜菌配制適宜培養(yǎng)基誘導(dǎo)去分化階段繼代培養(yǎng)階段生根生芽階段移栽成活階段原生質(zhì)體融合花藥培養(yǎng)組織培養(yǎng)繁殖第73頁/共116頁?優(yōu)良品種快速繁殖?遺傳育種研究?種質(zhì)資源保存及交換植物組織培養(yǎng)的原理?植物細胞全能性?細胞分化和形態(tài)建成?植物的再生作用第74頁/共116頁組織培養(yǎng)的過程組織培養(yǎng)即無菌培養(yǎng)，也就是要求培養(yǎng)的材料不帶有雜菌。外植體取材（包括器官，組織，細胞等）外植體經(jīng)滅菌，接種到相應(yīng)的培養(yǎng)基中，待到生長一定階段，繼代到相應(yīng)培養(yǎng)基。使其分化芽、根成為完整的新植株等到植株有發(fā)達的根系，可以把其從試管內(nèi)移入土壤中。經(jīng)過一段時間馴苗，可以移栽大田生產(chǎn)第75頁/共116頁草莓第76頁/共116頁國蘭第77頁/共116頁大花惠蘭第78頁/共116頁文心蘭第79頁/共116頁一品紅第80頁/共116頁扶郎花第81頁/共116頁動物細胞工程第82頁/共116頁單克隆抗體核移植1997年，英國Roslin所Wilmut博士用乳腺細胞的細胞核克隆一只綿羊“多莉”1998年，日本用母牛輸卵管細胞的細胞核成功克隆出“能都”和“加賀”1999年，美國用卵泡細胞的細胞核克隆成功小鼠“卡繚麗娜”，并再克隆出下一代，祖孫三代22只1999年美國華裔科學(xué)家楊向中用母牛（13歲）耳朵細胞的細胞核成功克隆出“艾米”A羊：乳腺細胞取出乳腺細胞取出細胞核電激融合，植入乳腺細胞核B羊：去核的卵細胞體外進行早期胚胎發(fā)育綿羊C： 胚胎植入綿羊C子宮中綿羊C產(chǎn)下遺傳性質(zhì)與綿羊A完全相同的“多莉”羊第83頁/共116頁第84頁/共116頁第85頁/共116頁第86頁/共116頁第87頁/共116頁作用第88頁/共116頁遺傳背景完全一致的克隆動物將有利于開展對動物生長、發(fā)育、衰老和健康等機理研究有利于大量培養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良的家畜經(jīng)轉(zhuǎn)基因的克隆哺乳動物將為人類提供源源不斷的廉價藥品

4.瀕臨滅種哺乳動物的保護工作蛋白質(zhì)與酶工程第89頁/共116頁蛋白酶的種類與分類第90頁/共116頁胞酶 可能種，子酶制劑應(yīng)用第91頁/共116頁蛋白質(zhì)與酶工程的主要研究內(nèi)容第92頁/共116頁蛋白質(zhì)與酶的遺傳改造第93頁/共116頁蛋白質(zhì)與酶的基因改造例子第94頁/共116頁蛋白質(zhì)與酶的分離純化技術(shù)第95頁/共116頁發(fā)酵工程：微生物制劑（白色農(nóng)業(yè)）第96頁/共116頁第97頁/共116頁第98頁/共116頁第99頁/共116頁第100頁/共116頁生物芯片技術(shù)第101頁/共116頁通過平面微細加工技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建微流體分析單元和系統(tǒng)，以實現(xiàn)對細胞、蛋白質(zhì)、核酸以及其它生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測。高密度生物芯片

DNA芯片蛋白質(zhì)芯片人類基因組計劃第102頁/共116頁本世界三大科學(xué)工程：曼哈頓原子彈計劃、阿波羅登月計劃、人類基因組計劃牽頭單位：美國能源部、國家衛(wèi)生研究所負責(zé)人：J.Watson參加國：美國、英國、德國、法國、日本、中國起動時間：1989年21、22條染色體已完成，5、16、19號染色體基因草圖完成，初步測序上半年完成。中國：第3號染色體，占1%預(yù)測人類基因組工作進展第103頁/共116頁2002-2003年：全部人類基因組序列圖繪制完成2002-20010年：對癌癥、糖尿病、中風(fēng)等疾病進行基因治療危險性的測試。采用基因療法可以治療血友病、心臟病及一些癌癥2015年：DNA芯片能夠分析任何一個人的基因組成。藥物可以對一個人的基因組進行修飾，從而為包括癌癥在內(nèi)的所有疾病的治療提供可能2025年：醫(yī)生將能夠修飾人類基因的缺陷，從而使象鐮刀細胞貧血癥這樣的疾病永遠成其它生物基因組研究第104頁/共116頁小桿線蟲：9700萬堿基，20000個基因，

40%與基因動物相似，50%的人類致

病基因可以找到相應(yīng)的基因。擬南芥：5條染色體，1.3億堿基