园艺植物生物技术:第七章-转基因植物课件.ppt
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- 园艺 植物 生物技术 第七 转基因 课件
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1、第七章 转基因植物目录 转基因技术现状及其应用 植物遗传转化技术 载体构建 遗传转化操作 转基因鉴定第一节植物遗传转化现状及其应用Nature has a rich source of variation转基因技术发展 1983年华盛顿大学成功将卡那霉素抗性基因导入烟草,同年4月美国威斯康星大学成功将大豆基因转入向日葵,标志着植物转基因技术的诞生。 1985年,第一批抗病毒、抗虫害和抗细菌病的转基因植物进入田间试验。 1986年,美国环保署允许世界第一例转基因作物抗除草剂烟草进行种植。 1994年,转基因延熟保鲜番茄“FlavrSavr”获得美国食品药品管理局的批准进入市场销售,成为世界上第一
2、个获许进行销售的转基因食品。转基因植物重要里程碑转基因植物重要里程碑 19831983年首例转基因植物培育成功年首例转基因植物培育成功 19861986年转基因植物获准进入田间试验年转基因植物获准进入田间试验 19941994年转基因番茄在美国批准上市年转基因番茄在美国批准上市 19961996年年GMOGMO面积面积170170万万haha 20122012年全球转基因作物种植面积年全球转基因作物种植面积170.3 million ha170.3 million ha2012年全球转基因作物种植按作物分-2012按性状分几种作物种植GMO比例全球种GMO国家分布转基因研究涉及的部分园艺作物
3、番木瓜 苹果 柿 荔枝 龙眼 红薯 草莓 梨 柑橘 桃n番茄n西瓜n葡萄nPepper n花菜n大白菜n李n马铃薯Production of transgenic plants resistant to diseasesApplication 1Diseases/viral diseases Limit production Affect quality Influence growthq利用植物病毒外壳蛋白基因、病毒利用植物病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶的部分基因或反义核糖核酸复制酶的部分基因或反义核糖核酸抑制病毒编码的加工酶,已获得抑制病毒编码的加工酶,已获得3030多种抗植物病毒的转基因植
4、物多种抗植物病毒的转基因植物研究成果Transgenic papaya resistant to PRSVFresh papaya productiona in state of Hawaii and in Puna districtYearTotalPuna(x1,000lb)(PRSVentersPuna)199255,80053,010199358,20055,290199456,20055,525199541,90039,215199637,80034,195199735,70027,810(transgenicseedsreleased)199835,60026,750199939,
5、40025,610The yield and quality of Rainbow was exceptional, amounting annually to 125,000 L/acre vs. 5,000 L/ acre of non transgenic ones Sweet orange overexpressing PR protein from tomato: resistant to phytophthoraApple fire blight fire blight:1000ha apple were killed by FB in Michigan in 2000.Lytic
6、 protein (LP):Royal Gala, Galaxy 和M26转avian LPs SB-37,T-4 lysozyme:Gala转harpin(来于Fire blight细菌)NPR1蛋白:过量表达Silencing the DIPM kinase which is related to the occurrence of the disease.Production of transgenic plants resistant to pests and insectsApplication 2Aftermath of farm chemical 我国化学杀虫剂约占农药总量的我国
7、化学杀虫剂约占农药总量的70%70%以以上,年产量上,年产量2222万吨左右,万吨左右,30%30%以上用于以上用于防治棉铃虫。防治棉铃虫。19921992年至年至19961996年,年, 2424万余人农药中毒。万余人农药中毒。19921992年中毒人数就高达年中毒人数就高达7 7万多人,直接经万多人,直接经济损失达济损失达100100多亿元。多亿元。 利用苏云金芽孢杆菌(利用苏云金芽孢杆菌(BtBt)杀虫蛋白基因杀虫蛋白基因CryICryI和和CryIIICryIII,分别获得抗鳞翅目和鞘翅分别获得抗鳞翅目和鞘翅目害虫的转基因植物(番茄、马铃薯、烟目害虫的转基因植物(番茄、马铃薯、烟草、杨
8、树、水稻和棉花等)草、杨树、水稻和棉花等)在美国,转在美国,转BtBt基因作物的推广减少了基因作物的推广减少了26.926.9亿美元的杀虫剂的使用亿美元的杀虫剂的使用1986-19981986-1998年转基因作物田间试验中,年转基因作物田间试验中,抗虫作物占抗虫作物占29%29%研究成果Bt-cotton China:19911991年单价抗虫棉,年单价抗虫棉,19931993年,开展年,开展双价抗虫棉的创新研究双价抗虫棉的创新研究 20052005年,国产抗虫棉已累计推广年,国产抗虫棉已累计推广90009000多万亩,多万亩,创造经济效益创造经济效益150150多亿元多亿元 ,200620
9、06年,种植年,种植20002000万亩万亩 India: Bt cotton covers 8.1 m acres in 2006 每亩可减少化学农药每亩可减少化学农药0.50.5公斤,每亩增加的收公斤,每亩增加的收益约为益约为140140元元 Non-Bt cottonBt cottonSource: CAASNumbers of pesticide applications in Bt and non-Bt cotton in Hebei and Shandong in 1999- reduced by 13 applications In 2000: by 12 application
10、s In 2001: by 14 applications Percentage (%) of poisonings reported as numbers of farmers interviewed in Henan in 2000Cabbage looper粉蚊夜蛾 test Diamondback moth小菜蛾 testProduction of transgenic plants resistant to herbicideApplication 3GMO by traits-2012Transgenic soybean 1994年年5月美国月美国Monsanto公司耐除草剂公司耐
11、除草剂“镇镇草宁草宁”大豆大豆Round up Ready(农达安)(农达安)。 Move to greener herbicide Benefits of Glyphosate 草甘磷草甘磷Tolerance in Crops Can use at any time - can wait until there is a problem Reduced herbicide use Very effective - Weeds very sensitive - GM crop very resistantGM canola surrounded by weeds- glyphosate+ gl
12、yphosateProduction of transgenic plants with altered development progressApplication 4延迟果实成熟延迟果实成熟q利用反义利用反义RNARNA技术抑制果实软化过程中的技术抑制果实软化过程中的关键酶(聚半乳糖醛酸酶或乙烯前体合成关键酶(聚半乳糖醛酸酶或乙烯前体合成酶),可使番茄果在储存期的软化延迟。酶),可使番茄果在储存期的软化延迟。q19931993年美国食品和药品管理局(年美国食品和药品管理局(FDAFDA)批准上批准上市的第一个转基因食品市的第一个转基因食品CalgeneCalgene公司的转公司的转基因延
13、熟番茄基因延熟番茄FlavrFlavr SavrSavr(保味)保味)q华中农业大学园艺系叶志彪教授获得转基因华中农业大学园艺系叶志彪教授获得转基因番茄番茄百日鲜(百日鲜(Bioscience)Bioscience)华番一号是我华番一号是我国第一个商品化生产的转基因产品国第一个商品化生产的转基因产品对照对照转基因苹果转基因苹果乙烯生成减少的苹果 转基因苹果:转基因苹果:乙烯生成减少乙烯生成减少70%需更长时间软化需更长时间软化硬度:高于硬度:高于CKSSC:高于高于CK比比CK耐贮藏耐贮藏3个月后不变褐的苹果Production of transgenic plants tolerant to
14、 abiotic stressesApplication 5 Approximately 70% of the genetic potential yield of major crops is lost by environmental factors. (Boyer, Science, 1982, 218: 443-448)Abiotic stressEnhanced growth in transgenic aspen耐盐番茄耐盐番茄 适宜保护地栽培的或适宜保护地栽培的或露地早春栽培;抗寒露地早春栽培;抗寒、抗盐、无限生长型、抗盐、无限生长型单株,果高桩型;每单株,果高桩型;每果序果序4
15、-8果、坐果率高果、坐果率高、单果重、单果重70-100g,糖糖度度5.0-6.0%,Vc含量含量为为41.4mg/100g鲜重鲜重;耐贮藏、利于通风;耐贮藏、利于通风透光,适于保护地栽透光,适于保护地栽培,产量可达培,产量可达50008000kg。 将先进的抗旱产品送入温室进行筛选;田间试验中领先的产品表现将先进的抗旱产品送入温室进行筛选;田间试验中领先的产品表现优异;优异;继续评估以评价抗旱性方面的表现。继续评估以评价抗旱性方面的表现。CONTROL对照组对照组WITH GENE 含基因含基因CONTROL对照组对照组WITH GENE 含基因含基因孟山都与巴斯夫合作孟山都与巴斯夫合作45
16、抗旱玉米抗旱玉米2008年农业进步展览会:年农业进步展览会:含抗旱基因含抗旱基因 对照组对照组 转基因转基因抗溃疡病的柑橘抗脱水的枳Production of transgenic plants with special value or traitsApplication 6Transgenic flowers with different flower colorq第一个转基因园艺植物是淡紫色的康乃馨第一个转基因园艺植物是淡紫色的康乃馨MoondustMoondust:把编码类黄酮羟化酶和二氢类黄:把编码类黄酮羟化酶和二氢类黄酮还原酶的基因转到白色康乃馨中,在转基酮还原酶的基因转到白色康乃
17、馨中,在转基因植物中积累了翠雀素,使康乃馨呈淡紫色因植物中积累了翠雀素,使康乃馨呈淡紫色, 改良作物营养品质植物类胡萝卜素代谢工程Shewmaker et al., Plant J, 1999; Lindgren et al., Plant Physiol, 2003; Paine et al., Nat Biotechnol, 2005; Rosati et al., Plant J, 2000; DAmbrosio et al., Plant Sci, 2004; Fujisawa et al., 2008; Zhu et al., PNAS, 2008; Apel and Bock, P
18、lant Physiol, 2009; Maass et al., Plos One, 2009 生产特殊类胡萝卜素植物类胡萝卜素代谢工程Mann et al., Nat Biothechnol. 2000; Morris et al., Metab Eng, 2006; Jayaraj, et al., Transgenic Res, 2007; Suzuki et al., Plant Cell Rep, 2007; Zhu et al., PNAS, 2008; Fujisawa et al., J Exp Bot, 2009Golden rice -Carotene Pathway i
19、n PlantsIPP异戊二烯焦磷酸异戊二烯焦磷酸GGPPPhytoeneLycopene -carotene(vitamin A precursor)Phytoene synthasePhytoene desaturaseLycopene-beta-cyclase-carotene desaturase Problem:Rice lacksthese enzymesNormalVitamin A“Deficient”RiceGA-20氧化酶部分正义抑制的苹果 R e d u c e d concentration o f G A 1 a n d GA20 in shoot tips and
20、young leaves. The dwarf type can be reversed by GA3. LFY encodes a plant specific transcription factor and is considered a master regulator of floral meristem development. AP1 is a member of the MADS-box gene family of transcription factors ,which play critical roles in development processes across
21、the plant, animal and fungal kingdoms. FLOWERING LOCUS T (FT) is one of the flowering-time genes in Arabidopsis genes and is characterized as a floral pathway integrator.Genes involved in floral developmentOverexpression of LEAFY in citrus transgenic plants.(A) Transgenic shoot grafted in vitro on a
22、 nontransgenic rootstock showing a precocious terminal flower five weeks after regeneration. (B) Transgenic plant showing a weeping growth habit. (C) Leaves from transgenic plants showing various degrees of curling (top) compared to leaves from nontransformed control plants (bottom). (D) Vegetative
23、shoot from a transgenic plant showing the reduction of thorns and small curled leaves (right) compared to a vegetative shoot from a nontransformed control plant of the same age (left). (E) Transgenic plant flowering 16 months after its transfer to the greenhouse. (F) Ripened fruit from a transgenic
24、plant grown in the greenhouse.不引起过敏的苹果第二节第二节 转基因转基因技术技术转基因技术(转基因技术(Transgenic technique) 运用分子生物学技术将人工分离和修饰过的基因导入到目的生物体的基因组中,并使之整合、表达和遗传,从而达到修饰原有植物遗传物质、改造不良的园艺性状、改造生物的技术。转基因技术的特点:转基因技术的特点:1)突破物种界限,从DNA分子水平上有目的地、有效地改造生物。2)按照人们的意志定向的改变生物的遗传性状。3)避免在自然情况下会限制不相关品种间DNA交换的障碍4)当转入的基因整合到染色体或基因组中后,这些基因会与寄主生物的遗
25、传物质一起向子代传递,并产生应有的生物学功能。基因工程基因工程 “Genetic engineering includes a range of techniques and methods used by scientists to control or modify genes, switch them off or move them between two unrelated species.”一般意义上的基因工程是指一般意义上的基因工程是指“重组重组DNADNA技术技术”或或“基因转移技术基因转移技术”。基因工程的四要素基因工程的四要素 目的基因目的基因 载体载体 转化方法转化方法
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