第五节 植物细胞的基因表达
一、细胞的阶段性与全能性 繁殖、分化和衰亡是细胞的基本生命活动，也是细胞生理研究的重要内容，高等植物因细胞的这些基本生命活动而完成个体的生活史。 (一)细胞周期与细胞的阶段性 细胞繁殖(cell reproduction)是通过细胞分裂来实现的。从一次细胞分裂结束形成子细胞到下一次分裂结束形成新的子细胞所经历的时期称细胞周期(cell cycle)，细胞周期所需的时间叫周期时间(time of cycle)，整个细胞周期可分为间期(interphase)和分裂期两个阶段。间期是从一次细胞分裂结束到下一次分裂开始之间的间隔期。间期是细胞的生长阶段，其体积逐渐增大，细胞内进行着旺盛的生理生化活动，并作好下一次分裂的物质和能量准备，主要是DNA复制、RNA的合成与有关酶的合成以及ATP的生成。细胞周期可分为以下四个时期。 1.G1期 从有丝分裂完成到DNA复制之前的这段间隙时间叫G1期(gap1，pre-synthetic phase)。在这段时期中有各种复杂大分子包括mRNA、tRNA、rRNA和蛋白质的合成。 2.S期 这是DNA复制时期，故称S期(synthetic phase),这期间DNA的含量增加一倍。 3.G2期 从DNA复制完成到有丝分裂开始的一段间隙称G2期(gap2，post-synthetic phase)，此期的持续时间短，DNA的含量不再增加，仅合成少量蛋白质。 4.M期 从细胞分裂开始到结束，也就是从染色体的凝缩、分离并平均分配到两个子细胞为止的时期。分裂后细胞内DNA减半，这个时期称M期(即有丝分裂，mitosis)或D期(division)。细胞分裂的意义在于S期中倍增的DNA以染色体形式平均分配到两个子细胞中，使每个子细胞都得到一整套和母细胞完全相同的遗传信息。 细胞周期延续时间的长短随细胞种类而异，也受环境条件的影响(见第八章第二节)。多细胞生物体要维持正常的生活，就必须不断地增殖新细胞以代换那些衰老死亡的细胞。 细胞衰老(cellular aging，见第十章第五节)与死亡是细胞生命活动的必然规律。细胞的死亡可以分为两种形式：一种是坏死性或意外性死亡(necrosis，accidental death)，即细胞受到外界刺激，被动结束生命；另一种死亡方式称为程序化死亡(programmed cell death,PCD)，这是一种主动的，受细胞自身基因调控的过程，因此，PCD是生命活动中不可缺少的组成部分。在PCD发生过程中，一般伴随有特定的形态、生化特征出现，此类细胞死亡被称为凋亡(apoptosis)。当然，也有的细胞在PCD过程中并不表现凋亡的特征，这一类PCD被称为非凋亡的程序化细胞死亡(non-apoptotic programmed cell death)。 细胞程序化死亡与通常意义上的细胞衰老死亡不同，它是多细胞生物中某些细胞所采取的一种自身基因调控的主动死亡方式。它与细胞坏死的形态特征也截然不同，其最明显的特征是细胞核和染色质浓缩，DNA降解成寡聚核苷酸片断，细胞质也浓缩，细胞膜形成膜泡，最后转化成凋亡小体(apoptotic body)。植物细胞程序化死亡主要发生在细胞分化过程中，如维管系统的发育；性别发生过程中某些生理器官的败育，导致单性花的形成。在发生过敏反应(hypersensitive reaction)时，细胞程序化死亡可在感染区域及其周围形成病斑(lesion)，从而防止病原体的扩散。 (二)细胞分化与细胞全能性 细胞分化(cell differentiation)是细胞间产生稳定差异的过程。 也就是由一种类型的细胞转变成在形态结构、生理功能和生物化学特性诸方面不同的另一类型细胞的过程。植物体的各个器官以及各种组织内的细胞形态结构、功能和生理生化特性都是各不相同的，这就是细胞分化的结果。多细胞生物体的所有不同类型的细胞都是由受精卵发育而成的，正是在细胞分裂的基础上有了分化，才能使不同类型的细胞执行千差万别的生理代谢，共同完成植物的生命活动。 通过对细胞分裂过程的研究知道，母细胞在分裂前已经对DNA进行了复制，因而子细胞具有母细胞的全套基因。而植物体的所有细胞追踪溯源都来自受精卵，具有与受精卵相同的基因。细胞全能性(totipotency)就是指每个生活的细胞中都包含有产生一个完整机体的全套基因，在适宜的条件下，细胞具有形成一个新的个体的潜在能力。受精卵是全能的，它可以分裂繁殖和分化成各类细胞，并且能复制出一个完整植株。其他器官和组织的植物细胞，由于分裂和分化的结果，只具有其所在组织器官的特定功能，若要让其表现出全能性，就要了解其基因表达及调控机制。
二、植物细胞的核基因与核外基因 高等植物细胞共有三个基因组，即核基因组、叶绿体基因组和线粒体基因组，后两组称为核外基因。基因组(genomes)是细胞携带生命信息DNA及其蛋白质复合物的总称。 以往普遍认为DNA只存在于细胞核中。1962年Ris和Plant在衣藻叶绿体中发现DNA。1963年M.Nass和S.Nass在鸡胚肝细胞线粒体中发现DNA，以后从植物细胞线粒体中也发现了DNA。 进一步研究发现，线粒体和叶绿体中还有RNA(mRNA、tRNA、rRNA)、核糖体、氨基酸活化酶等。说明这两种细胞器均有自我繁殖所必需的基本组分，具有转录和翻译的功能。然而，线粒体和叶绿体中的绝大多数蛋白质是由核基因编码，在细胞质核糖体上合成的。其本身编码合成的蛋白质并不多。也就是说，线粒体和叶绿体的自主程度是有限的，不完全的。因此，线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及其自身的基因组两套遗传系统所控制的，所以称它们为半自主性细胞器(semiautonomous organelle)。 线粒体基因组也叫线粒体DNA(mtDNA)，呈双链环状，与细菌DNA相似。一个线粒体中可有1个或几个DNA分子。酵母mtDNA的周长为26μm，有78 000个碱基对，高等植物mtDNA的大小在200000碱基对(油菜)和2 500 000碱基对(西瓜)之间。某些植物的线粒体中还含有较小的线形或环形DNA分子。叶绿体基因组也叫叶绿体DNA(cpDNA)，双链环状，其大小差异在120 000～217 000个碱基对。cpDNA周长一般为40～60μm，分子量约为3.8×107，叶绿体中DNA的含量大体在1×10-14g水平上，明显地比线粒体中DNA含量(1×10-16g)多。每个线粒体中约含6个mtDNA分子，每个叶绿体中约含12个cpDNA分子。 mtDNA和cpDNA均可自我复制，其复制也是以半保留方式进行的。用3H嘧啶核苷标记证明，mtDNA复制时间主要在细胞周期的S期及G2期，DNA先复制，随后线粒体分裂，cpDNA复制的时间在G1期。它们的复制仍受核的控制，复制所需的DNA聚合酶常由核DNA编码并在细胞质核糖体上合成。 对1000种以上光合陆生植物的研究发现，叶绿体基因组在大小、结构、基因含量和整个基因构建上都是很保守的，现已对烟草、地钱和水稻等植物叶绿体DNA进行了全部顺序的测定，已知其大约有123个基因。这些基因大致可分为三类。一类是与光合过程有关的基因，如编码光系统I作用中心的A1、A2蛋白，光系统Ⅱ作用中心的D1、D2蛋白，ATP合成酶的一些亚基等。第二类是叶绿体基因表达所需的基因，如编码核糖体RNA、DNA聚合酶、RNA聚合酶等。第三类为其他基因，如编码NADH脱氢酶的若干亚基等。 叶绿体中的大部分多肽是由核基因编码并在细胞质的核糖体上合成的。细胞质中所合成的叶绿体中多肽的前体几乎都带有一段含几十个氨基酸序列的转运肽(transit peptide)，这些前体由转运肽引导进入叶绿体后，转运肽被蛋白酶切去，同时相应的多肽到达预定部位。叶绿体内的相当组分都要求叶绿体基因和核基因的共同作用(表1-4)。光照则可促进或调节叶绿体基因的表达。 核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase，Rubisco，RuBPCO)就是叶绿体基因和核基因共同作用的典型例证。该酶是一个双功能酶，它既可催化羧化反应，又可催化加氧反应，在植物光合过程中的CO2同化及光呼吸中起着重要作用。高等植物的Rubisco是由8个大亚基和8个小亚基所构成的，其催化活性要依靠大、小亚基的共同存在才能实现。Rubisco大亚基由叶绿体DNA编码，并在叶绿体的核糖体上翻译，而小亚基则由核DNA编码，在细胞质核糖体上合成。Rubisco全酶由细胞质中合成的小亚基前体和叶绿体中合成的大亚基前体经修饰后组装而成(图1-18)。Rubisco约占叶绿体可溶性蛋白的50%，因此它也是自然界中最丰富的蛋白质。 图1-18 植物Rubisco的合成、加工和组装 Ssu.Rubisco小亚基; Lsu.Rubisco大亚基 已经研究的植物线粒体基因约有20余种，包括如下几类:一类是编码RNA的基因，如rRNA(18S，26S和5S)，tRNA，如地钱mtRNA有29个tRNA基因；另一类是编码核糖体小亚基蛋白(如S12，S13)的基因；还有一类是某些酶复合物亚基的基因，如细胞色素氧化酶复合物的亚基Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ、ATP酶复合物的部分亚基、NADH去氢酶的亚基等。同样，线粒体基因也要与核基因共同作用才能完成线粒体组分的表达过程。
三、植物细胞基因表达的特点 基因的表达包括转录与翻译两个步骤。转录是RNA的生物合成，翻译是蛋白质的生物合成。 这两个过程都是很复杂的，且受到严格的调节控制。基因表达过程可用图1-19表示。 图1-19 基因表达过程示意图 A.基因表达过程中的基本步骤，包括转录和翻译。蛋白质既可在游离于细胞质的核糖体上合成，又可在与膜结合的核糖体上合成。在细胞质基质中含有疏水的信号肽的分泌蛋白与信号识别体(signal recognition particle,SRP)结合，形成SRP核糖体复合体，后者转移到内质网上并与那里的SRP受体结合。随着翻译不断进行，延伸的多肽插入到内质网腔内，在那里信号肽解离，多肽与糖分子结合，形成的糖蛋白通过囊泡转运，被送到高尔基体，得到进一步的加工。 B.示tRNA携带氨基酸，以mRNA为模板，在核糖体 上延伸多肽链的翻译过程。(L. Taiz and E. Zeiger,Plant Physiology,2002) 基因表达调控在不同生物之间，尤其是原核生物与真核生物之间存在很大差异。这些差异主要归因于DNA在细胞中的存在形式、DNA分子的结构、参与基因表达的酶及蛋白因子等方面的差异。正是这些差异，决定了不同生物基因表
植物胚胎发生过程的基因表达
植物胚胎发生过程的基因表达
植物胚胎发育是植物的最重要的发育过程，它决定了植物的形态和生长发育。
植物胚胎发育的过程受到基因表达的调控，主要分为三个阶段：分化、发育和成熟。
植物胚胎发生过程的基因表达具体包括以下几个方面：
一、胚胎分化阶段
在胚胎发育的开始阶段，胚胎在各种分子信号刺激下开始形成根和芽。
此时，胚胎中的基因会发生大量的表达变化，以激活具有特定功能的蛋白质。
例如，转录因子GATA5在胚胎分化过程中具有重要作用，它可以调节根和芽的形成，从而控制分化过程。
此外，HORMONES也可以调节植物胚胎分化的基因表达，例如IAA和ABA。
二、胚胎发育阶段
随着植物胚胎的发育，各种器官开始形成，并逐渐发展壮大。
在这个阶段，转录因子就发挥了重要作用，例如HSF1和MYB3R可以调节植物胚胎发育所需的蛋白质的表达。
此外，也有一些非编码RNA（ncRNA）可以参与植物胚胎发育，例如miRNA，它们可以调节许多基因的表达，参与胚胎发育的过程。
三、胚胎成熟阶段
当植物胚胎发育到一定的程度时，就会进入成熟阶段，这个阶段以内源性激素和外源性激素为主要调控因子，例如，维生素B2可以调节植物胚胎成熟的基因表达，从而促进胚胎发育。
此外，CK也可以参与胚胎成熟的过程，它通过对信号分子CTR1的调控，可以促进植物胚胎的发育和成熟。
总之，植物胚胎发生过程的基因表达是植物发育过程中一个重要的部分，它受到许多不同的分子信号刺激的调控，包括转录因子、激素、ncRNA和CK等。
这些因子的调控可以促进植物胚胎的发育和成熟，从而促进植物的生长发育。
第五章 克隆基因的表达_PPT幻灯片
识别原核细胞的启动子，催化所有的 RNA合成。 2. 以操纵子为单位
数个相关的结构基因与其调控区结合形 成一个表达的协同单位。
3. 转录和翻译偶联、连续进行。
Hale Waihona Puke 5’有意义链3’
3’
反意义链
5’
转录
5’
mRNA
3’
翻译
N
蛋白质
C
4. 不含内含子，缺乏转录后的加工系统。 5. 调控主要在转录水平上。 6. mRNA的核糖体结合位点
5-CCCACAGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTTAA CT TCT TTCT-3 3-GGGTGTCGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAATTGAAGAAAGA-5(模板)
转录↓
5-CCCACAGCCGCCAGUUCCGCUGGCGGCAUUUU-OH-3(RNA)
组成： 阻遏物作用区 CAP作用区 RNA聚合酶作用区
长度：
203bp的HaeIII片断 （包括β-半乳糖苷酶的前8个密码）。
IPTG =异丙基硫 代-β-D半乳糖
IPTG有毒、昂 贵，不理想。
（3）色氨酸启动子trp 来自大肠杆菌的色氨酸操纵子。
trpR P1 O trpE trpD P2 trpC trpB trpA
5. 防止外源基因产物对宿主细胞的毒害。
三、原核生物基因表达的调控
1. 启动子 是DNA上的能与RNA聚合酶结合并能起始 mRNA合成的序列。 （1） 启动子序列
大肠杆菌的所有启动子中都有两段一致 顺序（consensus sequence）。
-35 Box 和 -10 Box
consensus sequences
植物基因组的结构和功能
植物基因组的结构和功能随着高通量测序技术的发展，越来越多的植物基因组被测序，使我们更加了解植物基因组的结构和功能。
本文将从植物基因组的组成结构、基因表达调节机制以及基因组进化等方面进行阐述。
一、植物基因组的组成结构植物基因组包括两种类型的DNA序列，即编码蛋白质的基因组和非编码基因组。
其中，编码基因组只占总基因组的1%-2%，而非编码基因组则占据大部分的基因组。
1. 编码基因组编码基因组是指通过转录和翻译形成蛋白质的基因序列。
它们通常由起始密码子、编码区、终止密码子和非编码区构成。
在编码区，基因编码着蛋白质的氨基酸序列，而非编码区则包括启动子、启动子调控因子、转录因子结合位点等序列。
植物基因组中的编码基因通常较短，平均长度为3 kb左右。
2. 非编码基因组植物基因组的非编码基因组不仅包括转录元件、启动子、增强子、剪接位点等调控元件，还包括许多微小RNA（miRNA）及长非编码RNA（lncRNA）。
miRNA和lncRNA在植物细胞中起着重要的调控作用，其中miRNA主要通过与靶基因的mRNA序列互补配对，形成miRNA/RNA复合物并导致mRNA降解或抑制翻译，从而调控基因的表达。
二、基因表达调节机制在植物细胞中，基因表达的调控机制十分复杂。
其中主要包括转录前和转录后的调节。
转录前调节包括DNA甲基化、染色质重塑以及转录因子结合等。
而转录后调节则包括剪接、RNA加工、RNA递送、RNA降解等环节。
1. DNA甲基化DNA甲基化是将甲基（-CH3）化学修饰加至DNA分子之中，从而影响基因表达的调节机制之一。
在植物的基因调节中，DNA甲基化特别重要，因为它在许多生物学过程中发挥着重要的作用，如甲基化状态的改变与基因组的表观遗传调控紧密相关。
2. 染色质重塑在植物中，血红蛋白蛋白质H2A.W参与了对染色质重塑的调控。
它具有独特的氨基酸序列和结构，可以影响染色质的紧密程度。
此外，DNA轮廓因子（NCP）也可以影响染色体的结构，并通过ATP依赖性方式进行调节。
第五章++转基因植物
8）使用MAR序列（基质结合区序列） MAR是染色质上的一段DNA序列，又称之为核 骨架结合区（SAR）。长度一般为300－1000bp， 它可以与核骨架结合，在两个MAR之间的染色质 区域可连接成环，环的大小为5－200kb。每一个 环为一个独立的表达结构，利用这点，将MAR序 列接到基因两侧，形成MAR-基因－MAR结构，可 避免附近染色质造成的位置效应。
polyA化信号序列； 6.安装多克隆位点以利于外源基因的克隆。
二元整合转化程序
植物细胞筛选标记 Kmr
将外源基因克隆在大 肠杆菌- 农杆菌穿梭质 粒的T-DNA区内； 重组质粒直接转化农 杆菌 株，该菌株携带
外源基因
LB
T-DNA
大肠杆菌-农杆菌穿梭质粒
农杆菌ori
RB
只 含 vir 区 不 含 T-DNA
第四节
农作物基因工程
抗虫转基因植物 抗病毒作物 抗细菌和真菌作物 抗除草剂转基因作物 抗非生物胁迫作物 提高作物产量与品质
一 、抗病虫害的转基因植物
将抗虫基因导入农作物是植物基因工程的得意之笔，能避
免化学杀虫剂所造成的许多负面影响。目前，抗虫作物已
占全球转基因作物的22％。用于构建抗虫害转基因植物常 见的外源基因有苏云金芽孢杆菌的毒晶蛋白基因、蛋白酶 抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、凝集素基因、脂肪氧化 酶基因、几丁质酶基因、蝎毒素、蜘蛛毒素基因等 40多个， 其中毒晶蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因和凝集素基因应用 最为广泛。
第一节
植物的转基因技术
植物细胞培养技术 植物转基因技术的基本路线 转基因的受体系统
外源基因导入植物的方法
植物表达载体构建
（三）中间表达载体的构建：
中间载体从功能上看可分为两大类：克隆 载体和表达载体。
克隆载体的主要功能是复制和扩增基因； 表达载体是适于在受体细胞中表达外源基 因的载体。
中间表达载体含有植物特异启动子，因而 能在植物中表达外源基因。
（三）中间表达载体的构建
1．启动子及其它调控序列：
转录的调控对真核生物基因表达起着关键的作用。大多 数真核生物在转录起始点的 5’ 端上游区第 30 至 25bp 处具有 TATA盒，在70至 80bp处还有 CAAT盒；3’ 端具有AATAA序 列。Ti质粒的Nos、Ocs、Tmr等基因都具有与真核生物启动 子类似的 TATA 盒和 CAAT 盒，均能在植物细胞中表达，且 无组织特异性。因此，它们成为早期构建嵌合基因的启动子， 其中以Nos启动子（pNos）最常用。后来发现，由CaMV35s 启动子、外源结构基因和Nos 3’端的非编码区域组成的嵌合 基因，能在植物细胞中高效表达。 CaMV35s 启动子既无组 织特异性，又不受发育时期的影响，是一个较理想的植物基 因工程启动子。 现在已发现很多诱导启动子和特异表达的启动子，被用 于各种不同的转化目的。
2．常用的中间载体及其构建： （1）广谱中间载体： 所谓广谱中间载体是由大肠杆菌广谱质粒克隆 T-DNA片段后 构建而成的。常用的广谱质粒是 RK2 衍生的载体 pRK290 。 由它构建的中间载体既能在大肠杆菌中复制，又能在农杆菌 中复制。
广谱中间载体的构建过程见下图。 ①将选定的T-DNA片段克隆到大肠杆菌质粒上； ②将外源基因连同细菌选择标记（如抗生素抗性）一起插入 到T-DNA片段的限制性切点中； ③将产生的 T-DNA“ 工程”片段亚克隆或共整合到广谱质粒 pRK290。 由于 pRK290 具有在广寄主范围中复制和接合转移的起点， 因而在辅助质粒如 pRK2013 反式动员作用下， pRK290 即可 从大肠杆菌转入根癌农杆菌中。
植物的细胞分化
植物的细胞分化一、引言细胞分化是多细胞生物体形态发生的基础。
在种子植物中，由一个受精卵经历一系列的细胞分裂和细胞分化，形成一个具有根端和茎端的胚胎，进而形成种子。
在种子萌发后，长成新的植株。
在整个植物生长发育过程中，由于顶端分生组织活跃分裂的结果，通过一系列复杂的形态发生过程，形成不同的器官和组织，最后开花结实完成其生活史。
所以，事实上，细胞分化在植物形态建成中是一个核心问题，没有细胞的分化就没有形态建成。
细胞分裂、生长、分化是生物体发生的三个基本现象。
植物发育和三个基本现象有时间和空间上的必然联系。
细胞分化是指导致细胞形成不同结构、引起功能改变或潜在发育方式改变的过程。
植物的每个生活细胞具有全能性，但任何一个细胞在其整个生活周期中，只能表达其基因库中的极小部分内容，而各个细胞在不同的时间、空间和内外条件下，表达的内容是不同的，因而就出现了机能和形态的差异。
所以，分化也可说是一个基因型的细胞所具有的不同的表现型。
二、极性与分化极性是植物细胞分化中的一个基本现象。
它通常是指在植物的器官、组织、甚至单个细胞中，在不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理生化上的梯度差异。
极性一旦建立，则很难使之逆转。
有人指出，没有极性就没有分化。
极性造成了细胞内生活物质的定向和定位，建立起轴向，并表现出两极的分化。
已有证据说明极性在很大程度上决定了细胞分裂面的取向。
而在一个器官的发育中，细胞分裂面的取向对于决定细胞的分化有着重要的作用。
植物细胞的极性是由细胞的电场方向决定的。
因为电场方向决定着细胞内的物质分配，这些物质包括无机盐类、蛋白质、核糖核酸等一些带电荷物质。
同时，生长素的梯度、pH 梯度、渗透压大小、机械压、光照等都能使细胞形成电场，特别是膜上和Ca2+结合的蛋白质带有净的电荷，它在细胞内电场的建立中起着非常重要的作用。
细胞内电场的形成和细胞中带极性的大分子物质的分布是一致的。
所以，电场决定了极性。
由于极性的存在，细胞分裂形成的二个最初相等的子细胞所处的细胞质环境是不同的。
基因工程作物抗性基因的转移与表达
基因工程作物抗性基因的转移与表达随着现代生物技术的发展，基因工程作物越来越成为农业发展的重要方向。
其中，抗性基因的转移与表达是基因工程作物的关键技术之一。
本文将从基本概念、转移方法、表达机制等方面阐述基因工程作物抗性基因的转移与表达。
一、基因工程作物抗性基因的基本概念抗性是指生物体克服病害、虫害或其他有害环境的能力。
抗性基因是指控制生物体对外界环境反应的基因。
基因工程作物抗性基因的转移就是将能够抗击病害、虫害或其他有害环境的基因引入到作物中，使其获得抗病、抗虫或其他抗性，并在转移后使基因在作物中稳定表达。
二、基因工程作物抗性基因的转移方法目前，基因工程作物抗性基因的转移方法主要有遗传变异法、化学基因转移法、微生物基因转移法和植物基因转移法等。
1. 遗传变异法遗传变异法是人工诱发植物基因变异，以产生抗性基因为目的的一种方法。
通过化学或物理因素诱发植物基因发生变异，筛选出抗性基因突变体，再将其回交到普通植株中，以期达到基因引入的目的。
2. 化学基因转移法化学基因转移法是通过把外源DNA物质注入到植物细胞中，使其表达外源基因。
该方法的优点是操作简单，但转移效率低，且不稳定。
3. 微生物基因转移法微生物基因转移法是采用微生物感染植物细胞的方式，将外源DNA转化存储在植物细胞中，使其表达外源基因。
该方法的优点是转移效率高，但存在微生物对植物细胞的侵染，潜在风险。
4. 植物基因转移法植物基因转移法是将目标基因植入到特定载体中，再将载体注入目标植株细胞。
该方法的优点是对转移的基因及目标植株无副作用，传递效率高，转移后稳定性高。
三、基因工程作物抗性基因的表达机制基因工程作物抗性基因的表达机制主要有以下两种方法。
1. 转录介导转录介导是指转移的外源基因在接受体植物细胞内进行转录和翻译，使目标蛋白表达，从而实现外源基因对接受体植物的基因表达水平的调节。
2. 抗性蛋白直接作用抗性蛋白直接作用是指转移的外源基因通过直接制造抗性蛋白，抗性蛋白与病原体产生直接作用，防止病原体入侵植物，从而实现植物对病害的抵抗性。
植物 SOD 的基因表达、活性调节及抗逆作用研究进展
冻处理后，叶与根中的SOD活性比对照高，这可能是
因为尽管锻炼处理阶段对SOD基因表达本身没有影
响，但影响SOD基因表达的调控因子，因而在后来的
冷处理阶段，SOD活性水平上升。
3．3强光对SOD的调节作用早在1991年就有人报
道了不同光处理下SOD mRNA的变化，反映了植物在
物发育的调节。Perl等报道了番茄SOD基因受发育调
节，并且对光敏感。在番茄的根尖、芽、幼叶和花蕾中，
SOD mRNA水平较高
［3］
。也有研究表明，Cu/Zn－SOD
mRNA在发育过程中保持不变，而Mn－SOD在发育过
程中可被诱导表达。玉米在籽粒受精10d后SOD活
性明显上升，其中Mn－SOD和Cu/Zn－SOD活性在籽
几种类型的SOD表达是相互补充的，当其中一种
SOD表达受到抑制时(比如缺Fe)，其他类型的SOD表
达量则会增加。当然，不同来源的SOD基因的表达调
控有着不同的控制因子，原核生物常常与所生存的环
境有直接的联系，而真核生物的调控条件则复杂得多，
常常与不同的生长阶段有关。
3植物体内SOD活性的调节
3．1植物发育对SOD的调节作用SOD活性受到植
胁迫下产生活性氧是适应性反应之一，并且可以反映
出各细胞器中的氧化胁迫程度的大小。对绿色叶片和
黄化苗中的不同SOD mRNA丰度的鉴定结果表明，光
照后质体中的Fe－SOD活性受白光的强烈诱导，Tsang
认为与其说是光诱导倒不如说是光照条件下因电子渗
漏而导致的氧化胁迫调节了叶绿体Fe－SOD的表
达
［5］
提高植物对环境胁迫的抵抗能力。Bowler等将叶绿体
基因表达(基因工程课件)
目的蛋白质易于分离: 利用亲和层析技术，可以快速 获得纯度较高的融合蛋白。
目的蛋白质表达率高: 与受体蛋白质共用一套表达元件。 目的蛋白质溶解性好：融合蛋白质在胞内形成良好的空
间构象，且大多具有水溶性。 目的蛋白质需要回收：融合蛋白质需要裂解和进一步
分离，才能获得目的蛋白。
目的基因表达
CONTENTS
目 录
01 基因表达载概体念的 概 念 、 种 类
02 基因表达载和体调的控特条点件 、 功 能
03
原核与真质核粒生物基因表达的主要差异
04
基因表达过程
05
影响外源基因表达的因素
03
蛋白质的表达形式
基因表达：指基因携带的遗传信息，经过 转录、翻译、加工修饰等复杂过程，产生 具有生物学功能的蛋白质过程。
mRNA上与核糖体16sRNA结合的序列。
原核生物肽链合成的延长：
1.进位: 氨基酰-tRNA结合到 核糖体A位。
氨基酸2
氨基酸1
2.成肽:转肽酶催化，P位上起 始氨基酰-tRNA上的氨基酸 与A位上氨基酰-tRNA的氨基 形成肽键。
CA A G G A
ACUAGGUUCCUGCUAG
3.转位：转位酶催化，A位的 肽酰-tRNA移入P位。
转录延长：
启动子清除，σ亚基脱落， RNA聚合酶核心酶变构，与 模板结合松弛，沿着DNA模 板前移，在核心酶作用下 NTP不断聚合，RNA链不断 延长。
核心酶
β ωα
α
β’
全酶 σ
原核生物：在同一DNA模板上，有多个转录同时进行（羽毛
状现象），转录尚未完成，翻译已在进行。
真核生物：转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜
植物细胞工程的基本技术用
植物细胞工程的基本技术导言植物细胞工程是一门综合性的学科，涵盖了分子生物学、遗传学、植物学等多个学科的知识。
通过利用细胞培养和遗传改造等技术手段，植物细胞工程可以对植物进行基因的转移和表达，从而实现对植物的遗传改良、功能改造等目的。
本文将介绍植物细胞工程的一些基本技术和方法。
细胞培养技术细胞培养是植物细胞工程的基础技术之一，它通过将植物细胞分离并在含有必需营养物质的培养基中进行体外培养，从而实现植物细胞的繁殖和生长。
常用的细胞培养技术包括悬浮培养、固体培养和液体培养等。
悬浮培养悬浮培养是将植物细胞悬浮在液体培养基中进行培养。
悬浮培养的优点是培养过程方便观察和操作，适用于大量细胞的培养。
常用的悬浮培养方法有摇床培养和气液界面培养等。
固体培养固体培养是将植物细胞培养在含有琼脂或凝胶的固体培养基上。
固体培养具有较好的支撑性，适用于较复杂的植物细胞培养。
常见的固体培养技术包括平板培养和圆盘培养等。
液体培养液体培养是将植物细胞培养在液体培养基中进行培养。
液体培养对培养基的配制和培养过程的操作要求较高，但可以更好地控制培养过程中的环境因素。
常见的液体培养技术包括摇瓶培养、泡沫培养和旋转培养等。
遗传改造技术遗传改造是植物细胞工程的核心技术之一，它通过转移外源基因到植物细胞中，实现对植物的遗传改良和功能改造。
常用的遗传改造技术包括基因转化和基因表达等。
基因转化基因转化是将外源基因导入植物细胞中的过程。
常见的基因转化方法有农杆菌介导的转化、基因枪法和电穿孔法等。
其中，农杆菌介导的转化是最常用的基因转化方法之一，它利用农杆菌将外源基因导入植物细胞中，通过农杆菌与植物细胞之间的共生关系，实现基因的稳定转化和表达。
基因表达基因表达是将导入植物细胞的外源基因在植物细胞中进行转录和翻译，从而实现蛋白质的表达。
常见的基因表达方法包括启动子的选择和转录因子的调控等。
通过合理选择启动子和转录因子，可以实现外源基因在植物细胞中的高效表达。