基因工程转基因概况优品文档.ppt

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Huang）领导研究人员，试图通过利用“不能存活”的胚胎（从当地生殖诊所获得，无法生成活胎的胚胎）来回避这样的关注和担忧。,农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏,扩散,原理：DNA分子杂交。,杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。,本法外源基因整合率高，植入囊胚前筛选合适的转化的ES细胞，克服了以前只能在子代选择的缺点，并能充分利用分子生物学发展起来的各种先进方法，是很有前途的技术。,（2）我过自行生产的几种基因工程药品：白细胞介素-2,干扰素，乙肝疫苗、人生长激素等。,农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，,该研究小组尝试利用CRISPR/Cas9基因编辑技术改造了导致一种潜在致命血液疾病-地中海贫血的基因。,现代生物技术主要是讲试管核酸技术，DNA重组或者核酸导入细胞或细胞器，或者是超分类学科的细胞融合，这就是现代生物技术。,目前市场上的转基因动物还不多，几乎没有商业化的生产，主要是转基因的植物。,（2）基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。,（2）基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。,元首表示这东西并不能吃！,初,(4）通过显微操作将ES细胞注入到囊胚期胚胎的腔内，使之与内细胞团紧靠在一起，成为嵌合体。,如抗虫，抗病毒，抗除草剂，抗盐碱，抗干旱，抗高温等。,一、转基因动植物的概况,转基因作物是指科学家在实验中，把作物的基因加以改变，再制造出具备新特征的作物。转基因与杂交是完全不同的概念。杂交只能在同类之间发生，如圆皱豌豆杂交。而转基因则可以提取不同种类植物甚至动物的基因，将其移植到植物上。,转基因作物种植地区：00年有13个国家种植，主要集中在南美、北美和澳洲。,种植面积：全球转基因作物的种植总面积为4420万公顷，种植大国美国、阿根廷、加拿大、澳大利亚的种植面积占全球总面积的99%，其中美国68%、阿根廷23%、加拿大7%、澳大利亚1%，余下的1%为墨西哥、西班牙、法国、南非等。,品种分布：大豆约占58%，玉米约占23%，棉花约占12%，油菜籽约占6%，其他占1%。,我国转基因作物的概况,我国是最早开始研究转基因作物的国家之一。,正在进行中间实验的转基因作物48种，涉及作物11种，其中水稻、小麦、玉米、西红柿、白菜、甜瓜、香木瓜、花生和广藿香等为转基因食品植物。,正在进行环境释放试验的转基因作物49种，其中水稻、玉米、大豆、马铃薯、西红柿、甜椒和线辣椒为转基因食品植物。,转基因动物,将外源重组基因转染并整合到动物受体细胞基因组中，从而形成在体内表达外源基因的动物，称为转基因动物。转基因动物表达系统，包括外源基因、表达载体和受体细胞等，基因组的转移则是细胞核移植和动物克隆技术，人工合成与设计基因、全基因乃至基因组的转基因技术是合成生物学。,遗传的基本物质是,DNA,，基因则是位于染色体上有遗传效应的,DNA,片段，对于储存在生物全套染色体中的全部遗传信息，可称其为基因组。由于不同种类、不同个体的生物基因组成是不同的，因此对动物个体来说，非自身的基因成分属于外源基因，如果把外源基因整合或导入动物染色体基因中，那么这个外源基因就被称为转基因,(transgene)(,即转移来的基因,),，这种动物就是转基因动物（,transgenic animals,）。,转基因动物是指将特定的外源基因导全动物受精卵或胚胎，使之稳定整合于动物的染色体基因组并能遗传给后代的一类动物。,二、转基因动植物的基本方法,1、植物转基因的方法,a农杆菌介导转化法,农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏,阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大,多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿,瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞,中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段,T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后,，可将T-DNA插入到植物基因组中。因此，农,杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。人们将,目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农,杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与,整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出,转基因植株。,农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，,近年来，农杆菌介导转化在一些单子叶植物（,尤其是水稻）中也得到了广泛应用。,b基因枪介导转化法,利用火药爆炸或高压气体加速（这一加速设备被称为基因枪），将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送入完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪法转化的一个主要优点是不受受体植物范围的限制。而且其载体质粒的构建也相对简单，因此也是目前转基因研究中应用较为广泛的一种方法。,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，利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法于80年代初期由我国学者周光宇提出，我国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。该法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易于掌握。,2、动物转基因的方法,a、显微注射,是最常用且成功率较高的方法，以转基因小鼠的制作为例，大致步骤如下：,采集受精卵,向受精卵雄性原核注入DNA溶液,将2细胞的受精卵移植到假妊娠雌性小鼠的输卵管中,导入基因的鉴定,b、胚胎干细胞法,胚胎干细胞(ES细胞）是指从囊胚期的内细胞团中分离出来的尚未分化的胚胎细胞，具有发育全能性，能进行体外培养；扩增、转化和制作遗传突变型等遗传操作。本法以整合有外源基因的ES细胞作为供体细胞，大致过程如下：,(1）获取发育至一定时期的胚胎，经培养后，剥离和分散内细胞团，再培养，最后分离、扩散、鉴定ES细胞。,(2）通过基因打靶技术，将外源基因经逆转录病毒感染、电脉冲法等方法导入ES细胞，体外培养和筛选有外源基因表达者。,(3）获取囊胚期胚胎，作为ES细胞的移植受体。,(4）通过显微操作将ES细胞注入到囊胚期胚胎的腔内，使之与内细胞团紧靠在一起，成为嵌合体。,(5）将注射过的胚胎，经培养后筛选无发育缺损的囊胚，移植到交配第3天的假孕受体动物子宫内，培育出转基因动物。,本法外源基因整合率高，植入囊胚前筛选合适的转化的,ES,细胞，克服了以前只能在子代选择的缺点，并能充分利用分子生物学发展起来的各种先进方法，是很有前途的技术。缺点是不易建立,ES,细胞系。并且由于通过嵌合体途径，所以实验周期长。,c、电脉冲法,电脉冲法（electroporation）又称电穿孔法，是将供体DNA与受体细胞充分混匀，在外界的高电压短脉冲下改变细胞膜结构，使细胞膜产生瞬间可逆性电穿孔，从而使一定大小的DNA可以通过细胞膜进入细胞，运送到细胞核。1980年，津墨缅（Zimmermann）等首先应用电脉冲技术把药物及染料导人小鼠胸腺细胞及红细胞，同年汪大键（T.K.Wang）和细基（Neumail）首先报道了用电脉冲法将TK基因导人CTK小鼠的CTK细胞，在106个处理细胞中得到了67个转化克隆：开创了外源基因的电脉冲方法。目前在动物中电脉冲法主要用来转化胚胎干细胞。,d、精子导入法,利用精子作为外源基因载体，借助受精作用把外源綦因导人受精卵，整合到受精卵的基因组中，称之为精子载体导入法，是构建转基因动物的一种新尝试。该法简单、方便，依靠生理受带过程，免去了对原核的损伤。但在实践中成功率较低，对精子是否可作为外源DNA的载体也存在争论。目前这项技术尚处在探索阶段。,三、基因工程的应用,（一）基因工程与医药卫生,1 生产基因工程药品,（1）用基因工程方法生产的工程菌可以高效率地生产出高质量，低成本的药品。,用大肠杆菌生产的胰岛素：治疗糖尿病的特效药。,用大肠杆菌及酵母菌生产的干扰素：抗病毒的特效药，其化学本质为糖蛋白。,乙肝疫苗：将乙肝病毒中的有关基因分离出来，引入细菌的细胞中，再采用发酵的方法，或者引入哺乳动物的细胞中，再采用细胞培养的方法，就能让细菌或哺乳动物的细胞生产出大量的疫苗。,（2）我过自行生产的几种基因工程药品：白细胞介素-2,干扰素，乙肝疫苗、人生长激素等。,我国是最早开始研究转基因作物的国家之一。,在世界上，美国是转基因技术发展最快的国家，其国内转基因农作物种类最多，种植面积也最大。,实际上就是将外源DNA导入生物体基因组，引起了遗传改变，改变了遗传组成的生物，就是转基因生物。,（1）用基因工程方法生产的工程菌可以高效率地生产出高质量，低成本的药品。,比如说转基因动植物直接产品，转基因的油菜籽，转基因的番茄，还有一些大豆油、大豆，包括豆腐。,特别重要的是2001年5月23日国务院，以304号令公布了农业转基因生物安全管理条例。,1980年，津墨缅（Zimmermann）等首先应用电脉冲技术把药物及染料导人小鼠胸腺细胞及红细胞，同年汪大键（T.,作为一种 RNA 导向的 dsDNA 结合蛋白，Cas9 效应物核酸酶是已知的第一个统一因子（unifying factor），能够共定位 RNA、DNA 和蛋白，从而拥有巨大的改造潜力。,（2）我过自行生产的几种基因工程药品：白细胞介素-2,干扰素，乙肝疫苗、人生长激素等。,（2）基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。,原理图示,2用于基因诊断和基因治疗,（1）基因诊断：,概念：用放射性同位素（如32P），荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本的遗传信息，达到检测疾病的目的。,DNA探针：是单链的，作用是从基因文库中准确地提取出目的基因。由于DNA双链的核苷酸序列是彼此互补的，当DNA分子杂交时首先将双链DNA加热或升高PH值，使双链解开，根据所需的核苷酸序列制成一段与之互补的核苷酸短链，并用同位素标记，即成为探针。用这一探针查基因文库中已变性的DNA 片段，如果有一个DNA片段能和探针片段互补结合而合成双链（分子杂交），说明这一片段即含有所需的基因。,原理：DNA分子杂交。,优点：快速简便。,实例：用-珠蛋白的DNA探针可以检测出镰刀状细胞贫血症，用苯丙氨酸羟化酶基因探针可以检测出苯丙酮尿症，用白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针，可以用来检测白血病。,（2）基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。目前作到的只是引入外源基因使其表达，以补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换突变的基因。,（二）基因工程与农牧业,食品工业,1农业方面,：,（1）通过基因工程技术获得高产,稳产和具有优良品质的农作物和各种特色水果。,（2）用基因工程的方法培育出具有各种抗拟性的作物新品种。如抗虫，抗病毒，抗除草剂，抗盐碱，抗干旱，抗高温等。,2牧业方面,：,利用基因工程技术培育具有抗病能力，高产仔率，高产奶率和高质量皮毛的动物等。,3食品工业,：开辟新的食物来源。用微生物来生产人类所需要的营养物质。,（三）基因工程与环境保护,1环境检测,：,如用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量，特点是快速，灵敏，精确。,2环境净化,：科学家用基因工程的方法培育出了能同时分解四种烃类化合物的“超级细菌”以及“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，还有能够净化镉污染的植物等。,四、转基因动植物及生物安全,一、转基因生物与食品,转基因生物在联合国公约,生物安全议定书,上，各个国家全部都接受的一个概念，称做“改性活生物体”,Living Modified Organisms,，简称,LMOs,，或者叫“遗传饰变生物”,Genetically Modified Organisms,，,GMOs,。,LMOs,或,GMOs,就是指凭借现代生物技术获得的遗传材料新异组合的活生物体。实际上就是将外源,DNA,导入生物体基因组，引起了遗传改变，改变了遗传组成的生物，就是转基因生物。这里强调活生物体，活体就是能够遗传或者复制遗传材料的生物实体。比如说种子就是一个活体。现代生物技术主要是讲试管核酸技术，,DNA,重组或者核酸导入细胞或细胞器，或者是超分类学科的细胞融合，这就是现代生物技术。,转基因食品是转基因生物的产品或者加工品，它可以是活体的，也可以是非活体的。比如说转基因动植物直接产品，转基因的油菜籽，转基因的番茄，还有一些大豆油、大豆，包括豆腐。这些转基因食品主要来源于植物性的转基因生物。目前市场上的转基因动物还不多，几乎没有商业化的生产，主要是转基因的植物。转基因植物从,1996,年开始大面积的推广。,二转基因安全性的争论,转基因食品是从实验室中走出来的，是人工制造出来的。在讲究自然、生态、健康消费热潮的今天，转基因食品被不少人视为“异类”，把它打入“冷宫”，可以说，转基因食品的安全性倍受人们的质疑。,在世界上，美国是转基因技术发展最快的国家，其国内转基因农作物种类最多，种植面积也最大。目前美国60%以上的加工食品都是以转基因农作物为原料。美国公众接受转基因食品的程度也最高，民意测验显示，大多数美国人接受并采用利用生物技术生产的粮食和食品。而抗议和抵制转基因食品最强烈的要数欧洲的消费者。据调查，66%的法国人认为转基因食品对人体健康有害，在英国也只有14%的人接受转基因食品，大多数消费者对转基因食品的安全性持怀疑态度。,1）转基因食品安全性,经合组织1993年提出了食品安全性评价的实质等同性原则。如果转基因植物生产的产品与传统产品具有实质等同性，则可以认为是安全的。若转基因植物生产的产品与传统产品不存在实质等同性，则应进行严格的安全性评价。在进行实质等同性评价时，一般需要考虑以下一些主要方面：,三转基因生物与食品的安全性评价,a、有毒物质,必须确保转入外源基因或基因产物对人畜无毒。如转,Bt,杀虫基因玉米除含有,Bt,杀虫蛋白外，与传统玉米在营养物质含量等方面具有实质等同性。要评价它作为饲料或食品的安全性，则应集中研究,Bt,蛋白对人畜的安全性。目前已有大量的实验数据证明,Bt,蛋白只对少数目标昆虫有毒，对人畜绝对安全,。,b、过敏源,在自然条件下存在着许多过敏源。在基因工程中如果将控制过敏源形成的基因转入新的植物中，则会对过敏人群造成不利的影响。所以，转入过敏源基因的植物不能批准商品化。如美国有人将巴西坚果中的2S清蛋白基因转入大豆，虽然使大豆的含硫氨基酸增加，但也未获批准进入商品化生产。另外还要考虑营养物质和抗营养因子的含量等,。,2,）转基因生物的环境安全性,环境安全性评价要回答的核心问题是转基因植物释放到田间去是否会将基因转移到野生植物中，或是否会破坏自然生态环境，打破原有生物种群的动态平衡。,四解决解决安全性的重要手段,2000年1月,美国政府,对转基因玉米的种植颁布了限令，以防止害虫对转基因玉米中毒素形成抗药性。美国环境保护局限令美国大部分玉米产区的农场主应至少种植20的传统玉米，在同时种植玉米和棉花的地区，传统玉米要达到50。,2001年7月出台了转基因食品管理草案规定，来源于植物且被用于人类或动物的GMF在进入市场之前至少120天，生物工程制造商必须向FDA提出申请，并提供此类食品的相关资料，以确认此类食品与相应的传统产品相比具有等同的安全性。,欧盟对GMF持反对态度,，1998年提出转基因技术安全性之后，其反对态度更加强硬。他们对转基因技术培育的农作物、家畜以及再加工食品加以抵制，尤其对美国的转基因玉米已终止了进口，然而对于西班牙和德国的转基因玉米却没有采取措施。,欧盟的法律由两项：欧盟理事会90220令，于1990年4月颁布实施，该法令中规定了转基因生物的批准程序；1997年5月新食品法规定对转基因产品必须加贴标签。,元首表示这东西并不能吃！,1993,年,12,月份，国家科委就发布了一个叫,基因工程安全管理办法,，提出了转基因的申报、审批、安全控制。,1996,年,7,月份，农业部又发布了一个叫,农业生物基因工程安全管理实施办法,，也是要登记，要审查。,1999,年，国家环保总局发布了,中国国家生物安全框架,，提出了我们国家在生物安全方面的政策体系、法规框架，风险评估、风险管理技术准则，国家能力建设；还成立了有关的机构，有七、八个部门参加，还发布了一个框架文件。特别重要的是,2001,年,5,月,23,日国务院，以,304,号令公布了,农业转基因生物安全管理条例,。,五、预想,初,生长,扩散,疯长,完成,六、基因编辑新技术,crispr/cas9基因编辑,CRISPR/Cas9 来源于细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御，可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。CRISPR/Cas9 系统通过将入侵噬菌体和质粒 DNA 的片段整合到 CRISPR 中，并利用相应的 CRISPR RNAs（crRNAs）来指导同源序列的降解，从而提供免疫性。,原理,此系统的工作原理是,crRNA,（,CRISPR-derived RNA,）通过碱基配对与,tracrRNA,（,trans-activating RNA,）结合形成,tracrRNA/crRNA,复合物，此复合物引导核酸酶,Cas9,蛋白在与,crRNA,配对的序列靶位点剪切双链,DNA,。而通过人工设计这两种,RNA,，可以改造形成具有引导作用的,sgRNA,（,short guide RNA,），足以引导,Cas9,对,DNA,的定点切割。,作为一种,RNA,导向的,dsDNA,结合蛋白，,Cas9,效应物核酸酶是已知的第一个统一因子（,unifying factor,），能够共定位,RNA,、,DNA,和蛋白，从而拥有巨大的改造潜力。将蛋白与无核酸酶的,Cas9,（,Cas9 nuclease-null,）融合，并表达适当的,sgRNA,，可靶定任何,dsDNA,序列，而,sgRNA,的末端可连接到目标,DNA,，不影响,Cas9,的结合。因此，,Cas9,能在任何,dsDNA,序列处带来任何融合蛋白及,RNA,，这为生物体的研究和改造带来巨大潜力,原理图示,应用,CRISPR-Cas 技术是继锌指核酸酶（ZFN）、ES 细胞打靶和 TALEN 等技术后可用于定点构建基因敲除大、小鼠动物的第四种方法，且有效率高、速度快、生殖系转移能力强及简单经济的特点，在动物模型构建的应用前景将非常广阔。,中国科学家走在世界前列-编辑人类胚胎基因组,来自中国的科学家们报告他们编辑了人类胚胎的基因 组，这可以说是世界首次。这些在线发表在Protein&Cell杂志上的研究结果证实了广为流传的谣言：已经有人在开展这类的实验在上个月这些传闻引发了科学界对于这类工作伦理影响的激烈争论。,中山大学基因功能研究人员黄军就（,Junjiu Huang,）领导研究人员，试图通过利用“不能存活”的胚胎（从当地生殖诊所获得，无法生成活胎的胚胎）来回避这样的关注和担忧。该研究小组尝试利用,CRISPR/Cas9,基因编辑技术改造了导致一种潜在致命血液疾病,-,地中海贫血的基因。研究人员说，他们的研究结果表明将这种方法应用于医学用途存在一些重大的障碍（延伸阅读：,细胞,特辑：,CRISPR/Cas9,技术）。,感谢观看,