第九章 高等植物基因工程

第九章高等植物基因工程第一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四基因工程5

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基因工程的基本概念基因工程的基本原理基因工程所需的基本條件基因工程的操作過程目的基因的克隆與基因文庫的構(gòu)建大腸桿菌基因工程酵母基因工程哺乳動(dòng)物基因工程高等植物基因工程第二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四A高等植物的遺傳學(xué)特征9高等植物基因工程遺傳操作的簡(jiǎn)易性整株植物的再生性染色體的多倍體性植物的基本特征第三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四植物的基本特征植物低等植物藻類地衣高等植物無根、莖、葉等分化器官合子不經(jīng)胚直接發(fā)育為個(gè)體含根、莖、葉、花、果分化器官合子經(jīng)胚再發(fā)育為個(gè)體苔蘚門蕨類門裸子門被子門第四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四遺傳操作的簡(jiǎn)易性大多數(shù)高等植物具有自我授精的遺傳特征，通常能產(chǎn)生大量的后代；而且借助于如風(fēng)、重力、昆蟲傳播等自然條件，授精范圍廣、速度快、效率高。因此，即便是頻率極低的基因突變和重組事件，其遺傳后果也易被觀察。第五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四整株植物的再生性植物損傷后，會(huì)在傷口長出一塊軟組織，稱為愈傷組織。如果將一小片鮮嫩的愈傷組織取下，放在含有合適營養(yǎng)和植物生長激素的組織培養(yǎng)基中，則這些細(xì)胞便會(huì)持續(xù)生長并分裂成懸浮液。將這些細(xì)胞涂在特定的固體培養(yǎng)基上，就會(huì)長成新的幼芽，并且這些愈傷組織重新分化成為葉、根、莖，最終成為整株開花植物。愈傷組織的細(xì)胞分化取決于植物生長素（Auxins）和分裂素（Cytokinins）的相對(duì)濃度。生長素與分裂素之比高，則根部發(fā)育；生長素與分裂素之比低，則莖部發(fā)育。第六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四整株植物的再生性植物細(xì)胞通常不能有效地吸收外源DNA，因?yàn)樗鼈兙哂欣w維素構(gòu)成的細(xì)胞壁?？捎美w維素酶處理植物細(xì)胞壁，形成原生質(zhì)體，待吸收DNA分子后，經(jīng)過再生，再通過愈傷組織形成培育出整株植物。這項(xiàng)技術(shù)有一定的局限性，即大多數(shù)單子葉農(nóng)作物（如谷類作物）很難從原生質(zhì)再生出完整細(xì)胞。第七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四染色體的多倍體性很多高等植物擁有比人類更大的基因組，并以多倍體的形式存在。大約三分之二的禾本科植物呈多倍體型，其染色體數(shù)目范圍從24至144不等。這種多倍體植物在組織培養(yǎng)過程中呈現(xiàn)出較高的遺傳不穩(wěn)定性，導(dǎo)致體細(xì)胞變異。第八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四B高等植物基因工程的基本概念9高等植物基因工程高等植物基因工程高等植物細(xì)胞基因表達(dá)技術(shù)高等植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)轉(zhuǎn)基因植株植物工程細(xì)胞農(nóng)作物遺傳性狀改良蛋白多肽物質(zhì)大規(guī)模生產(chǎn)小分子化合物大規(guī)模生產(chǎn)第九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四高等植物基因工程的發(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迄今為止世界上共批準(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、越橘、茄子、梨、蘋果、葡萄等。第十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四C高等植物的基因轉(zhuǎn)移系統(tǒng)9高等植物基因工程Ti質(zhì)粒介導(dǎo)的整合轉(zhuǎn)化程序植物病毒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染程序植物細(xì)胞的直接轉(zhuǎn)化程序植物原生質(zhì)體的再生程序第十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四Ti質(zhì)粒介導(dǎo)的整合轉(zhuǎn)化程序幾乎所有的雙子葉植物尤其是豆科類植物的根部常常會(huì)形成根瘤，這是由于植物根部被一種革蘭氏陰性土壤桿菌農(nóng)桿根瘤菌（A.tumefaciens）感染所致，其致瘤特性是由該菌細(xì)胞內(nèi)的野生Ti質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)與功能型質(zhì)粒Ti（Tumor-inducing）介導(dǎo)的。第十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四Ti質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)與功能Ti質(zhì)粒的圖譜整個(gè)質(zhì)粒160-240kb其中T-DNA12-24kbtms的編碼產(chǎn)物負(fù)責(zé)：合成吲哚乙酸t(yī)mr的編碼產(chǎn)物負(fù)責(zé)：合成植物分裂素tmt的編碼產(chǎn)物負(fù)責(zé)：合成氨基酸衍生物冠癭堿第十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四Ti質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)與功能Ti質(zhì)粒致瘤的分子機(jī)制損傷的植物根部會(huì)分泌出乙酰丁香酸和羥基乙酰丁香酸，它們能誘導(dǎo)Ti質(zhì)粒上的vir基因以及根瘤菌染色體上的一個(gè)操縱子表達(dá)。vir基因產(chǎn)物將Ti質(zhì)粒上的T-DNA單鏈切下，而根瘤菌染色體上的操縱子表達(dá)產(chǎn)物則與單鏈T-DNA結(jié)合形成復(fù)合物，后者轉(zhuǎn)化植物根部細(xì)胞。第十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四Ti質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)與功能T-DNA的染色體整合機(jī)制第十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四T-DNA的染色體整合機(jī)制Ti質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)與功能第十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四Ti質(zhì)粒的改造除去T-DNA上的生長素（tms）和分裂素（tmr）生物合成基因，因?yàn)榇罅康纳L素和分裂素會(huì)抑止細(xì)胞再生長為整株植物；除去T-DNA上的有機(jī)堿生物合成基因（tmt）；因?yàn)橛袡C(jī)堿的合成大量消耗精氨酸和谷氨酸，影響植物細(xì)胞的生長；安裝大腸桿菌復(fù)制子，使其能在大腸桿菌中復(fù)制，以利于克隆操作；安裝植物細(xì)胞的篩選標(biāo)記，如neor基因，使用植物基因的啟動(dòng)子和polyA化信號(hào)序列；安裝多聚人工接頭以利于外源基因的克隆。除去Ti質(zhì)粒上的其它非必需序列，最大限度地縮短載體的長度；第十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四共整合轉(zhuǎn)化程序第十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四二元整合轉(zhuǎn)化程序?qū)⑼庠椿蚩寺≡诖竽c桿菌-農(nóng)桿菌穿梭質(zhì)粒的T-DNA區(qū)內(nèi)；重組質(zhì)粒直接轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌株，該菌株攜帶只含vir區(qū)不含T-DNA區(qū)的Ti輔助質(zhì)粒；以上述重組農(nóng)桿菌感染植物細(xì)胞。第十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四植物病毒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染程序隨著植物病毒分子生物學(xué)及遺傳學(xué)研究的不斷深入，用病毒基因組作為載體轉(zhuǎn)化植物細(xì)胞日益受到人們的重視，因?yàn)椴《据d體能將外源基因?qū)胫参锏乃薪M織和細(xì)胞中，而且不受單子葉或雙子葉的限制。在大約300種特征清楚的植物病毒中，單鏈RNA病毒約占91%，雙鏈RNA病毒、雙鏈DNA病毒、單鏈DNA病毒各占3%。利用植物病毒載體轉(zhuǎn)化植物細(xì)胞大致有以下兩種戰(zhàn)略：第二十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四植物病毒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染程序以雙鏈DNA病毒花椰菜花斑病毒（CaMV）基因組作為載體，去除有關(guān)的致病性基因，換上外源基因，體外包裝成有感染力的病毒顆粒，轉(zhuǎn)染植物細(xì)胞原生質(zhì)體，并由此再生成整株植物。轉(zhuǎn)染植物細(xì)胞原生質(zhì)體第二十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四植物病毒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染程序植物雙生病毒（Geminiviruses）為一單鏈DNA病毒，成熟的雙生病毒呈雙顆粒狀，每一個(gè)顆粒中含有一條不同的DNA單鏈。其中A鏈能單獨(dú)在植物細(xì)胞中復(fù)制，并含有一部分病毒包衣蛋白基因；B鏈編碼另一部分包衣蛋白基因及感染性基因。A、B兩條鏈必須同處于一個(gè)植物細(xì)胞中，方能形成有感染力的病毒。雙生病毒具有廣泛的宿主細(xì)胞范圍，因此是一種很有潛力的植物病毒載體。轉(zhuǎn)染植物組織第二十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四轉(zhuǎn)染植物組織雙生病毒家族成員蕃茄金花葉病毒（TGMV）克隆表達(dá)載體的構(gòu)建程序第二十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四植物細(xì)胞的直接轉(zhuǎn)化程序槍擊法將待轉(zhuǎn)化的DNA沉淀在細(xì)小金屬珠的表面，用特制槍將金屬珠直接打入植物細(xì)胞，槍的威力為430m/s，植物細(xì)胞通常是胚胎細(xì)胞、玉米籽、葉子等，但進(jìn)去的DNA片段整合效率極低。第二十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四電擊法將高濃度的質(zhì)粒DNA加入到植物細(xì)胞的原生質(zhì)體懸浮液中，混合物在200-600V/cm

的電場(chǎng)中處理若干秒鐘，然后將原生質(zhì)體在組織培養(yǎng)基中生長1-2周，再生出整株植物。第二十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四融合法將外源DNA與特殊的疏水性高分子化合物混合，在水中這些疏水性化合物分子形成球狀的脂質(zhì)體，后者與植物細(xì)胞原生質(zhì)體融合，篩選融合子，再生植物細(xì)胞壁。所有涉及到植物原生質(zhì)體的基因轉(zhuǎn)化方法均存在一個(gè)難題，即：原生質(zhì)體很難再生出整株植物。第二十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四花粉管導(dǎo)入法將外源DNA沿著花粉管經(jīng)過珠心進(jìn)入尚未形成正常細(xì)胞壁的卵、合子或早期胚胎細(xì)胞中，從而實(shí)現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)移。這一方法是我國科學(xué)家周光宇首先提出設(shè)計(jì)的，目前已應(yīng)用于水稻、小麥、棉花、大豆、花生、蔬菜等作物的轉(zhuǎn)基因研究，花粉管導(dǎo)入法的特點(diǎn)是直接、簡(jiǎn)便。它的受體材料為植株整體，省略了細(xì)胞組織培養(yǎng)的誘導(dǎo)和傳代過程，排除了植株再生的障礙，特別適合于難以建立有效再生系統(tǒng)的植物。由于轉(zhuǎn)化的是完整植株的卵細(xì)胞、受精卵或早期胚胎細(xì)胞，導(dǎo)入的DNA分子整合效率較高。第二十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四植物原生質(zhì)體的再生程序原生質(zhì)體的再生效率在植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)中至關(guān)重要。標(biāo)準(zhǔn)的高等植物原生質(zhì)體制備和再生程序是：將植物嫩葉、幼芽或愈傷組織切成碎片，浸入含有纖維素酶的緩沖液中保溫；懸浮物離心除細(xì)胞碎片；將原生體懸浮液滴在無菌濾紙片上，并置于含有普通植物細(xì)胞（即所謂的滋養(yǎng)細(xì)胞）的固體再生培養(yǎng)基的表面，使原生質(zhì)體與滋養(yǎng)細(xì)胞不直接接觸，但可吸收由滋養(yǎng)細(xì)胞分泌擴(kuò)散出來的植物生長因子及其它化合物；培養(yǎng)2-3周后，將濾紙上的植物細(xì)胞蔟轉(zhuǎn)移至含有高濃度分裂素和低濃度生長素的固體培養(yǎng)基上繼續(xù)培育2-4周，濾紙片上便長出嫩芽；將嫩芽置入含有低濃度生長素而無分裂素的固體培養(yǎng)基上，使其根部發(fā)育；大約3周后再將之移植在土壤中，長成整株植物。第二十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四植物原生質(zhì)體的再生程序第二十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四D高等植物的基因表達(dá)系統(tǒng)9高等植物基因工程植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)已成為研究和改良植物遺傳資源的強(qiáng)有力工具，其中啟動(dòng)子是決定基因表達(dá)部位、時(shí)間、強(qiáng)度的主要調(diào)控元件?；ㄒ嘶ò卟《綜aMV的35S啟動(dòng)子能在許多植物物種中的幾乎所有發(fā)育階段及所有組織中高效表達(dá)，它已經(jīng)被廣泛用于構(gòu)建轉(zhuǎn)基因植株。在高等植物基因工程中，外源基因的時(shí)空特異性表達(dá)具有重要意義，因?yàn)楹芏嗤庠椿虻谋磉_(dá)產(chǎn)物對(duì)植物早期的生長和發(fā)育有影響，甚至?xí)滤乐仓?。第三十頁，共六十九頁，編輯?023年，星期四D高等植物的基因表達(dá)系統(tǒng)9高等植物基因工程外源基因的四環(huán)素誘導(dǎo)系統(tǒng)外源基因的乙醇誘導(dǎo)系統(tǒng)外源基因的地塞米松誘導(dǎo)系統(tǒng)外源基因的類固醇誘導(dǎo)系統(tǒng)第三十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四外源基因的四環(huán)素誘導(dǎo)系統(tǒng)Tc-on型四環(huán)素誘導(dǎo)系統(tǒng)CaMV35SPPlantnostTetRE.colitetR四環(huán)素阻遏蛋白基因表達(dá)盒CaMV35SPPlantnostb-葡糖醛酸糖苷酶報(bào)告基因

GUS四環(huán)素誘導(dǎo)型報(bào)告基因表達(dá)盒tet第三十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四外源基因的四環(huán)素誘導(dǎo)系統(tǒng)Tc-on型四環(huán)素誘導(dǎo)系統(tǒng)TetRCaMV35SPPlantnostb-葡糖醛酸糖苷酶報(bào)告基因

GUStetCaMV35SPPlantnostb-葡糖醛酸糖苷酶報(bào)告基因

GUStet顯色反應(yīng)四環(huán)素第三十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四外源基因的四環(huán)素誘導(dǎo)系統(tǒng)Tc-off型四環(huán)素阻遏系統(tǒng)CaMV35SPPlantnosttTA融合蛋白tetRtTA激活因子表達(dá)盒CaMV35SPPlantnost熒光蛋白編碼基因

GFP四環(huán)素阻遏型報(bào)告基因表達(dá)盒tetVP16第三十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四外源基因的四環(huán)素誘導(dǎo)系統(tǒng)Tc-off型四環(huán)素阻遏系統(tǒng)CaMV35SPPlantnost熒光蛋白編碼基因

GFPtetCaMV35SPPlantnost熒光蛋白編碼基因

GFPtet四環(huán)素第三十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四外源基因的乙醇誘導(dǎo)系統(tǒng)CaMV35SPPlantnostAlcR巢曲霉菌

alcR轉(zhuǎn)錄激活因子表達(dá)盒CaMV35SPPlantnost氯霉素乙酰轉(zhuǎn)移酶基因

CAT乙醇誘導(dǎo)型報(bào)告基因表達(dá)盒alcA啟動(dòng)子控制區(qū)alcA

巢曲霉菌乙醇降解酶編碼基因

第三十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四外源基因的乙醇誘導(dǎo)系統(tǒng)CaMV35SPPlantnostAlcR巢曲霉菌

alcR轉(zhuǎn)錄激活因子表達(dá)盒CaMV35SPPlantnost氯霉素乙酰轉(zhuǎn)移酶基因

CAT乙醇誘導(dǎo)型報(bào)告基因表達(dá)盒乙醇氯霉素抗性第三十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四外源基因的地塞米松誘導(dǎo)系統(tǒng)CaMV35SPPlantnosttTA融合蛋白YeastGal4tTA激活因子表達(dá)盒PlantPPlantnost熒光蛋白編碼基因

GFP地塞米松誘導(dǎo)型報(bào)告基因表達(dá)盒Gal4結(jié)合區(qū)VP16地塞米松誘導(dǎo)系統(tǒng)RatGR酵母轉(zhuǎn)錄因子Gal4大鼠激素受體蛋白單純皰疹病毒轉(zhuǎn)錄激活因子第三十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四外源基因的地塞米松誘導(dǎo)系統(tǒng)CaMV35SPPlantnosttTA融合蛋白YeastGal4VP16地塞米松誘導(dǎo)系統(tǒng)RatGRPlantPPlantnost熒光蛋白編碼基因

GFPGal4結(jié)合區(qū)地塞米松第三十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四外源基因的地塞米松誘導(dǎo)系統(tǒng)35SPpAcostVP16地塞米松誘導(dǎo)型四環(huán)素抑制型系統(tǒng)GRtetRNLSpA35StGUS35SPtet顯色反應(yīng)tetRtet結(jié)合蛋白NLS

核定位信號(hào)序列GR激素受體蛋白VP16

轉(zhuǎn)錄激活因子GUS

b-葡糖醛酸糖苷酶報(bào)告基因

四環(huán)素地塞米松第四十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四外源基因的類固醇誘導(dǎo)系統(tǒng)PG10-90E9thER雌激素誘導(dǎo)型的外源基因表達(dá)系統(tǒng)lexAVP16nosthptMCSlexA細(xì)菌lexA基因的DNA結(jié)合區(qū)VP16

病毒轉(zhuǎn)錄激活因子編碼區(qū)MCS外源基因多克隆位點(diǎn)hER

人雌激素受體編碼區(qū)hpt

潮霉素抗性基因

雌激素PNOSlexAO-35SP3AtXVE轉(zhuǎn)錄激活因子表達(dá)盒潮霉素標(biāo)記基因表達(dá)盒外源基因表達(dá)盒l(wèi)exAOLexA蛋白結(jié)合位點(diǎn)第四十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四外源基因的類固醇誘導(dǎo)系統(tǒng)蛻皮激素誘導(dǎo)型的外源基因表達(dá)系統(tǒng)35SPnostHEcRLBDGRDBDGRactVP16GUS35SPnostGRE融合轉(zhuǎn)錄因子顯色反應(yīng)蛻皮激素GRact激素受體轉(zhuǎn)錄激活區(qū)GRDBD

激素受體DNA結(jié)合區(qū)HEcRLBD

昆蟲激素受體的配體結(jié)合區(qū)第四十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四E利用植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究基因的表達(dá)調(diào)控9高等植物基因工程利用報(bào)告基因展示高等植物基因表達(dá)與調(diào)控的信息譜利用病毒載體探查植物基因重排利用轉(zhuǎn)座元件克隆植物基因利用T-DNA構(gòu)建植物遺傳突變株第四十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四利用報(bào)告基因展示高等植物基因表達(dá)與調(diào)控的信息譜TPb-葡糖醛酸糖苷酶報(bào)告基因

GUS應(yīng)答調(diào)控元件轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子鹵代葡萄糖醛苷酸X-gluc藍(lán)色化合物熒光素酶報(bào)告基因

GFP發(fā)射熒光昆蟲熒光素第四十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四利用病毒載體探查植物基因重排植物基因組報(bào)告基因oriApr病毒載體第四十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四利用轉(zhuǎn)座元件克隆植物基因植物基因組Ac克隆以Ac序列為探針雜交篩選第四十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四利用T-DNA構(gòu)建植物遺傳突變株植物突變株基因組LB酶切連接克隆RBNTPIIpBR322卸下克隆的植物基因片段重組克隆DNA植物突變基因的DNA片段雜交野生型植物基因組基因序列分析經(jīng)歷突變的野生型全長基因第四十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四F利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)功能蛋白和工業(yè)原料9高等植物基因工程利用植物生物反應(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)原料第四十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四F利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)功能蛋白和工業(yè)原料9高等植物基因工程轉(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)相似第四十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四利用植物生物反應(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。從這種轉(zhuǎn)基因煙草的葉子里可檢測(cè)到完整的抗體分子，含量為葉細(xì)胞蛋白總量的1.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，植物細(xì)胞的蛋白分泌系統(tǒng)能夠有效識(shí)別小鼠抗體前體的信號(hào)肽序列。轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)小鼠抗體第五十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)小鼠抗體第五十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四利用植物生物反應(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（Gausherdisease）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五十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)食品或飼料添加劑果聚糖是果糖的多聚體，可被人體腸胃中的微生物發(fā)酵，刺激雙歧桿菌生長，釋放短鏈脂肪酸進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，保健價(jià)值高。3-6聚體的果聚糖有甜味，是低能量的助甜劑，有助于降低體重，因此國際上果聚糖的銷售量很大。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)果聚糖第五十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)食品或飼料添加劑在許多植物的種子中，磷元素主要是以肌醇-6-磷酸（即植酸）的形式存在。單胃動(dòng)物如豬和家禽幾乎不能利用這些磷元素，因此必須在飼料中添加無機(jī)磷以滿足動(dòng)物營養(yǎng)的需要。在飼料中添加植酸酶則可以提高動(dòng)物對(duì)植酸磷元素的利用率，減少動(dòng)物糞便中磷酸鹽含量，改善畜牧業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)磷酸鹽富集化污染的程度。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)植酸酶第五十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)工業(yè)原料首批用于大規(guī)模生產(chǎn)并取得巨大經(jīng)濟(jì)效益的非食用性轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)品是工業(yè)用油，其中包括制造肥皂等去垢劑的十二碳月桂酸。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)肉桂酸第五十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四利用植物生物反應(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)聚羥基丁酸將核細(xì)菌真養(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%。第五十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四G植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)在植物品種改良中的應(yīng)用9高等植物基因工程控制果實(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)基因植物產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)基因植物第五十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四控制果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)基因植物蔬菜和水果成熟后，其組織呼吸速度和乙烯合成速度普遍加快，并迅速導(dǎo)致果實(shí)皺縮和腐爛?？刂剖卟怂?xì)胞中乙烯合成的速度，能有效延長果實(shí)的成熟狀態(tài)及存放期，為長途運(yùn)輸提供了有利條件，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。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。第五十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四控制果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)基因植物植物體內(nèi)乙烯的生物合成機(jī)制第五十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四抗病蟲害的轉(zhuǎn)基因植物昆蟲對(duì)農(nóng)作物的危害極大，全世界每年因此損失數(shù)千億美元。目前對(duì)付昆蟲的主要武器仍是化學(xué)殺蟲劑，它不但嚴(yán)重污染環(huán)境，而且還誘使害蟲產(chǎn)生相應(yīng)的抗性。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。第六十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四細(xì)菌毒素蛋白編碼基因的植物轉(zhuǎn)基因程序第六十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四抗除草劑的轉(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六十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四抗環(huán)境壓力的轉(zhuǎn)基因植物長期的植物生理學(xué)研究結(jié)果表明，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。為達(dá)到此目的至少有兩種戰(zhàn)略可供選擇：一是高效表達(dá)能提高植物胞內(nèi)滲透壓的同源或異源蛋白；二是借助于蛋白質(zhì)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，如在不影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的前提下適當(dāng)提高脯氨酸殘基的含量等。第六十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期四產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)物的轉(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