植物转基因方法及特点与转基因沉默现象共21页
植物转基因沉默的机制、对策
3．位臵效应
目前的转基因方法整合到基因组中的位臵是随机 的，因基因组中染色质的分布不均衡，外源基因 整合到目的基因组即染色体的物理位臵就直接决 定着外源基因的表达，这种情况称为位臵效应 （position effect）
（ 1 ）外源基因插入染色体中高度甲基化的区 域或异染色质区，外源基因的甲基化而导致基 因沉默。 （ 2 ）外源基因的碱基组成与整合区域的不同 而被受体细胞的防御系统所识别，不进行转录 使基因沉默，这两种情况都属于转录水平上调 控的转基因沉默。
RNAi 发现历程：
1990年，Napoli等将1个查尔酮合成酶基因（chs）置于1 个强启动子后导入矮牵牛，试图加深花朵的紫颜色。但
意想不到的事发生了：结果部分花的颜色并非期待中
的深紫色，而是花瓣形成了花斑状甚至白色，而且这种 性状可以遗传。
??
1995年 康奈尔大学 Guo等在对线虫(C.elegans)为消除线虫第 一次分裂的不对称性的研究中，利用反义RNA技术抑制par-1 的表达，同时也注入正义RNA（对照）。结果两种方法都抑 制par-1基因。 该结果不能使用反义RNA技术的理论做出合理解释。
转基因植物的生产
抗除草剂作物
抗虫玉米
抗虫棉花
转查尔酮合成酶矮牵牛花
抗CMV病毒转基因番茄
抗CMV病毒转基因甜椒
bacterial speck disease(细菌斑点病）. Plant on left has been genetically engineered with a gene for resistance to the disease, and plant on right is a susceptible, nonengineered variety.
植物细胞转基因技术
适用范围广，不依赖组织培养人工再生植株； 可直接获得转基因种子，育种时间短，在鉴定
时可直接针对目的性状的表现型来进行,简单快
捷； 转化速度较快，变异性状稳定较快； 方法简单,不需要复杂昂贵的仪器设备。
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缺点： 转化受体受植物花期的限制，同时必须充分了解 每一种植物的开花受精的时间过程。 在自然田间进行操作，受环境条件的影响很大。 操作的经验性很强,需要一定的技巧。 利用此方法获得水稻、烟草、甘蓝、小麦等植物的 转基因植株。
10bp 和4bp 两组,是完全保守的。这两个边界是 T -DNA 转移所必需的。其中尤以右边界最为重
DNA
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2
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4
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vir基因
Ti 质粒的 vir 区大小为30kb ,分 VirA 、B 、C 、D 、E 、G 、H 等7 个操纵子,一共有24 个 基因共同控制着 T -DNA 的加工和转移,它们总 称调控子。
4.化学物质诱导法
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优点：
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PEG法操作简单、成本低、结果较稳定、重复性
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好、无需昂贵的基因转化仪器，且嵌合转化体很
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少产生。
缺点： 原生质体培养再生难度较大； 原生质体再生培养的转化植株变异率高,易产生白 化苗，且由于 PEG法对原生质体活力有害，转化 率低。 应用这种方法已成功的获得大麦、柑桔、胡 椒等植物的转基因植株。
电击法
DNA 混合入电击缓冲液 幼苗
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优点： 操作简便，可以一次转化许多原生质体，转化效
率较高，特别适于瞬间表达。
缺点： 有原生质体培养的麻烦,电穿孔易造成原生质体损伤使再生率降低。
植物转基因沉默的机制及克服方法
植物转基因沉默的机制及克服方法专业:植物学学号:220100905010 姓名:潘婷摘要:植物转基因沉默可以发生在染色体DNA、转录和转录后3种不同的层次上,转录水平基因沉默机制涉及DNA甲基化、位置效应、重复序列和同源序列等的作用,转录后水平基因沉默机制常用RNA阈值模型、异常RNA模型、双链RNA模型和未成熟翻译终止模型等解释。
使用去甲基化、控制外源基因的拷贝数及结合位点、利用MAR序列、优化使用增强子、启动子等手段可以解除部分转基因沉默。
关键词:转基因沉默;外源基因;DNA甲基化;共抑制1986年Peerbotte发现转基因烟草中出现转基因沉默(transgene silencing)现象后,研究者对转基因沉默进行了许多深入探索,以期阐明转基因沉默的机制和获得克服手段。
1 转基因沉默机制转基因沉默可以发生在染色体DNA、转录和转录后3种不同的层次上,现在也把位置效应引起的沉默归到转录水平。
1.1 转录水平基因沉默(TGS)机制1.1.1 甲基化作用从目前报道看,几乎所有的转基因沉默现象都与转基因及其启动子的甲基化有关,DNA甲基化都是从启动子区域开始的,主要发生在基因5’端启动子区域。
甲基化通常发生在DNA的GC 和CNG序列的C碱基上,C碱基甲基化不是转基因沉默前提,但对维持基因沉默是必需的。
甲基化基因序列通过抑制甲基化DNA结合蛋白的结合进而抑制转录。
1.1.2 位置效应转基因在宿主细胞基因组中的整合位点往往决定着转基因能否稳定表达。
研究发现,转基因烟草中稳定表达的T-DNA至少有一侧和基因组DNA富含AT的核基质附着区相邻,并且位于端粒附近。
而不能稳定表达的T-DNA则位于异染色质及着丝粒旁。
1.1.3 重复序列、同源序列等引起的TGS Assaad等对自交转基因(潮霉素抗性基因)植株后代进行分析时发现了重复序列诱导的基因沉默(RIGS)。
重复序列诱导的基因沉默指多拷贝的外源基因以正向或反向串联的形式整合在植物基因组上而导致的外源基因不同程度的失活。
植物转基因技术原理及要点
通过将与生物燃料生产相关的基因导入植物中，使植物能够生产生物燃料。例如，转基因生物燃料甘蔗和藻类。
THANKS
谢谢
基因枪法
通过物理手段将目的基因 导入植物细胞，常用金粉 或钨粉作为载体。
微管注射法
将目的基因直接注射到植 物细胞内，再通过植物细 胞培养再生出转基因植株。
转基因植物的安全性评价
生态安全评价
评估转基响、基因漂移等。
食品安全评价
评估转基因植物对人类健 康的潜在影响，如食品中 营养成分的改变、毒理学 安全性等。
产量高
转基因技术可以增加植物的光合作用 效率，提高产量，有助于解决全球粮 食安全问题。
品质优良
转基因技术可以改善植物的品质，如 增加营养价值、改善口感等。
转基因植物的缺点
生态风险
转基因植物可能对非目标生物产生影响，破 坏生态平衡。
过敏反应
转基因植物可能产生新的过敏原，引发过敏 反应。
食品安全问题
关于转基因食品的安全性存在争议，长期食 用可能对人体健康产生影响。
高产优质转基因植物
高油酸转基因植物
通过将高油酸相关基因导入植物中，提高植物油中的油酸含量，从而提高油的品质和稳定性。例如， 转基因高油酸油菜和花生。
高纤维转基因植物
通过将高纤维相关基因导入植物中，提高植物纤维的产量和品质。例如，转基因高纤维亚麻和大麻。
其他应用领域的转基因植物
荧光转基因植物
通过将荧光蛋白基因导入植物中，使植物在黑暗中发出荧光，具有观赏价值。例如，转基因荧光烟草和紫茉莉。
植物转基因技术要点
目的基因的选择与获取
目的基因选择
选择对植物生长、产量、抗性等有积 极影响的基因作为目的基因，以提高 转基因植物的性状。
《转基因植物》课件
未来转基因植物的研究将更加注重可 持续性和环境保护，例如开发抗旱、 耐盐和固氮能力的转基因作物。
此外，随着基因编辑技术的发展，如 CRISPR-Cas9系统，将有望实现更为 精确和高效的基因操作，为转基因植 物的研发带来更多可能性。
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转基因植物的优缺点
转基因植物的优点
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提高抗逆性
转基因植株的抗逆性分析
检测转基因植株对环境胁迫的抗逆能力，如抗虫 、抗病、抗旱等。
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转基因植株的表型分析
比较转基因植株与非转基因植株在生长、发育、 产量等方面的差异。
转基因食品的安全性评估
根据国际公认的转基因食品安全评价标准，对转 基因食品进行全面的安全性评估。
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转基因植物的实际应用
转基因作物的种植
转基因植物的应用
转基因植物在农业生产中具有广泛的应用，可以提高作物的产量和品质，降低生 产成本，提高农业生产效益。
此外，转基因植物还可以用于生物能源、生物医药、环境保护等领域，为人类社 会的可持续发展提供重要的技术支持。
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转基因植物的研发历程
转基因植物的起源
转基因植物的起源可以追溯到20世纪70年代，当时科学家开 始研究通过改变植物基因来改良作物。
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转基因技术是现代生物技术的重 要组成部分，它能够打破物种界 限，实现基因在不同物种之间的 转移和表达。
转基因植物的种类
根据外源基因的来源和功能，转基因 植物可以分为抗虫转基因植物、抗病 转基因植物、抗除草剂转基因植物、 抗逆境转基因植物等。
此外，根据转基因的目的和应用，还 可以将转基因植物分为食用转基因植 物、非食用转基因植物、工业用转基 因植物等。
植物转基因原理与技术
植物转基因原理与技术植物转基因原理与技术转基因是指通过基因工程技术将外源基因导入到受体细胞中的过程。
微生物和动物细胞转基因开展较早，技术也比较成熟，相对动物和微生物转基因来说，植物转基因开展较晚。
自1984年获得第一株转基因烟草以来，近二十年的时间里在数百种植物中获得成功。
下面就植物转基因的原理和常见技术做一简单介绍。
原理根据植物细胞能再生成植株的全能性，利用生物媒介或其他物理化学的方法和技术将外源基因导入受体细胞并且整合到基因组中，通过组织培养获得完整植株。
在培养过程中为了筛选阳性转基因植物往往采用植物敏感的抗生素进行筛选，最后经过分子生物学和生理方面的检测来鉴定抗性生根的植株是否是真正的转基因植物。
以技术为媒介，一个植物转基因系统必然涉及到外源基因和受体细胞。
外源基因可以是克隆到质粒等载体中的或是未经克隆的裸露基因。
受体细胞根据转基因技术和植物的类型的不同，可以选择外植体，愈伤组织，原生质体等。
一个好的转基因受体细胞应该是具有高效稳定的再生能力，并且能接受外源基因的整合，并对选择抗生素敏感的无性繁殖系。
植物转基因流程图如下所示。
外植体）愈伤组织瞬时表达外源基因植物受体细胞原生质体生殖细胞稳定表达获得抗性生根转基因苗转基因植物的检测和鉴定（PCR, Southern blot ,Northern blot,生理指标鉴定等）技术就植物转基因技术而言可以根据转化系统的原理分为三大系统：载体转化技术，直接转化技术和种质转化技术。
下面分别叙述。
一载体转化技术载体转化技术是指通过农杆菌的Ti 或Ri质粒，植物病毒的DNA或RNA等生物载体介导基因进入并整合到植物基因组上的方法。
其中土壤农杆菌转化系统是目前研究最为清楚而且转化最成功的方法。
病毒载体转化系统的研究也取得一些成就。
土壤农杆菌是一类浸染受伤植物并且形成冠瘿瘤的革兰氏阴性菌。
它的致瘤能力来源于存在于细胞内的Ti（tumour-induced）质粒。
植物转基因方法及特点和转基因沉默现象
综上所述，基因沉默可能来源于转基因植株 体内的不同核酸之间的相互作用，即DNA— DNA、DNA—RNA、RNA—RNA的非正常配 对作用而导致基因核苷酸的甲基化作用和 mRNA的降解，从而引发基因沉默。基因沉默 可能是植物防御机制的一种自然现象——在 DNA或RNA水平上抵御外源DNA，就象植物 体内的对细菌、病毒的天然抗性一样[11]。这 一现象给转基因工作者提出了新的难题，它 已经成为转基因技术的严重障碍。它要求我 们不断去探索、改进植物转基因技术，做到 转基因定点、定量转化重要农作物，并得以 稳定、高效表达，从而加速转基因技术在农 业生产中的应用。
2．1 植物转录基因沉默（TGS） 植物转录基因沉默（TGS）
植物转录基因沉默的主要方式有两类：顺式失活和 反式失活。当一个或多拷贝基因整合进入或接近高 甲基化基因组序列时，转基因的顺式失活就可能发 生。这种现象与果蝇中的位置斑驳效应（position effect variegation）很相似[12]。植物中的甲基化可以 象果蝇中的异染色质一样进行传递，当甲基化传递 进转基因中时，就会导致基因沉默[19]。多拷贝基因 整合进一个甲基化位点时也能产生顺式转录沉默， 这种现象又与果蝇中的由于转基因重复延伸而导致 的基因沉默现象类似，即所谓的重复诱导失活[5]。 有时转基因以单拷贝插入一个高甲基化位点也能引 起转录基因沉默[11]。总的来说甲基化（或超甲基化） 和染色质凝集（异染色质化）是与转录基因沉默相 关联的普遍特征[11]。
1．3 显微注射法、电击法及激光法 显微注射法、 显微注射法（microinjection）是用显微注射器 将遗传物质注射到培养细胞中，通过组织培 养最终获得转化植株。此项技术起初主要应 用于动物，八十年代中期开始应用于植物的 遗传转化。虽然该法具有DNA注射的准确性、 预见性、克服远源杂交的困难等优点，但其 又有工作效率低、表达不稳定等缺点，故其 应用受到了限制。自基因枪法诞生以来，这 种转化方法在植物上的应用走入了低谷[2]。
转基因植物中基因沉默的机制与解决方法
转基因植物中基因沉默的机制与解决方法组长：费京珂组员：王丹旭，游高平，陈亚冬，郑昕凯（北京化工大学，生命科学与技术学院）【摘要】近些年，随着植物基因工程的不断发展，转基因后的基因沉默现象也越来越受到人们的关注，为了使得转入的基因能够高效表达且起到相应的功能作用，我们就基因沉默的机制进行综述，并阐述对解决方法的最新研究。
【关键词】植物，基因沉默，转录沉默，转录后沉默，irna【正文】转基因植物中，基因沉默主要存在两种机制，转录中水平上基因沉默与转录后水平上的基因沉默。
涉及到DNA启动子甲基化，重复序列，同源序列一起的TGS等内容。
针对基因沉默的机制，经过查找资料，我们提出了相应的解决方法。
最后，我们要运用基因沉默的机理，进而使得转基因能更加高效。
一．转基因植物沉默机制【1】【2】【3】【4】【5】【6】为了极大的提高和完善在植物中通过导入外源基因使其获得新性状并能稳定遗传是植物基因工程的最终目的,而大量转基因植株不能正常表达,通常并不是由于外源基因的缺失或突变引起,而是基因失活的结果,这种失活现象就是基因沉默。
转基因沉默可以发生在染色体DNA、转录和转录后三个不同的层次上。
发生在染色体DNA水平上的转基因沉默叫位置效应(effect position),位置效应是指基因在基因组中的位置对基因表达的影响。
当导入的外源基因整合到宿主高度甲基化、转录活性低的异染色区域时，外源基因一般表现沉默。
位置效应引起的基因沉默不需要基因组中有同源序列,而同源依赖的基因沉默有转录水平上的基因沉默(Transcription-al gene silencing, TGS)和转录后水平上的基因沉默(Post-transcriptional gene silencing, PTGS)两种形式。
转基因沉默的机制是多方面的,转基因的拷贝数、构型及在植物基因组上的结合位点等诸多因素都与沉默有关,外界环境条件如过高的温度、过强的光照也会增加沉默发生的几率。