转基因番茄ppt课件.ppt

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1、转基因番茄,1、转基因番茄商品化的首例2、转基因番茄的类型3、转基因番茄的相关报道4、番茄红素5、转基因过程6、现状与展望,转基因番茄-商品化的首例,番茄(Lycopersicon esculentum)是茄科(Solanaceae) 番茄属(Lycopersicon)一年生或多年生植物，是基础生物学研究中的重要对象和模式植物。由于番茄研究深入，栽培广泛，而且易于转化，转基因番茄研究与应用得到了迅速的发展。,以前，农民要趁西红柿还没有成熟，果实还是绿色的时候就采摘下来。没有成熟的西红柿被运送到商店后，喷上乙烯将它们催熟，变成红色再摆出去卖。这种人工催熟的西红柿没有自然成熟的西红柿好吃。,为什么

2、不等西红柿成熟、变红再采摘呢？,因为西红柿成熟后，皮也软了，运输过程中容易破,能不能让成熟的西红柿皮不变软呢？,1994年4月美国加利福尼亚基因公司将反义PGcDNA导入番茄中，育成了名为FLAVR SAVR的耐贮存番茄，成为转基因植株商品化的首例。,西红柿的皮变软，是因为有一种多聚半乳糖醛酸酶把细胞壁中的胶质给分解了。科学家们把编码这种酶的基因克隆出来，测定了它的序列。然后合成一个和它相反的“反义基因”。把“反义基因”转入到西红柿细胞中去，会干扰原来基因的活动，让它再也没有办法合成多聚半乳糖醛酸酶，细胞壁中的胶质不会被分解掉，西红柿即使成熟了，皮也不会变软。,这种转基因西红柿不仅容易运输，而

3、且可以存放很长时间也不会坏。用转基因西红柿做的番茄酱比较稠，吃起来口感好，这是因为番茄酱的稠度和细胞壁中胶质的含量有关，胶质含量高，稠度也高。由于转入的“反义基因” 只干扰多聚半乳糖醛酸 酶的基因，不会干扰其 他基因，因此转基因 西红柿的营养成分没有 发生变化。,1987, Calgene公司研究人员克隆出多聚半乳糖醛酸酶基因并完成测序。随后，转基因西红柿FLAVR SAVR研发成功。1992，美国农业部批准种植FLAVR SAVR。1994年，美国食品药品管理局批准FLAVR SAVR上市1996年到1999年，由于成本的下降，这种西红柿的售价减低了20%。1998年8月，英国植物科学家Dr

4、. Arpad Pusztai发表他的研究结果，指出用转基因土豆喂养大鼠出现毒性反应。这就是后来引发学术界和公共媒体激烈论战的普斯陶伊(Pusztai)事件1998年秋季，FLAVR SAVR的销售量急剧下跌，食品连锁超市拒绝销售转基因西红柿FLAVR SAVR。美国农场从此停止转基因西红柿的种植。,转基因番茄的类型,1抗病转基因番茄,抗病育种一直是育种工作者的主要目标，转基因番茄可以弥补常规抗病育种工作的不足，从而获得常规育种不能获得或很难获得的抗病番茄种质资源，因此引起了科研人员的极大兴趣。目前抗病的转基因番茄主要包括抗病毒、抗真菌及抗细菌病害等3个方面的研究内容。1986年，Powell

5、首次将烟草花叶病毒外壳蛋白基因(TMV-CP)转入番茄，这是第一例有成功报道的转基因番茄。我国首例批准商品化的抗病毒的转基因番茄也是利用CP蛋白实现的。,2 抗虫转基因番茄,在抗虫转基因番茄研究方面，主要应用的是来自苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiens)的f基因，可对甜菜夜蛾、烟草夜蛾产生抗性。利用雪花莲外源凝集素基因(GNA)产生抗蚜虫的转基因番茄。利用白杨的几丁质酶基因(WIN6)可降低马铃薯甲虫对转基因番茄的侵染。Chen 将从普通番茄抗根结线虫品系中克隆得到的根结线虫抗性基因(Mi基因）转入到易感番茄品系中，转化植株的抗根结线虫能力显著提高。2010年，Chan等将

6、芋头的半胱氨酸蛋白酶抑制剂CeCP1基因转入到番茄中，获得了对根结线虫的侵染和繁殖均有抑制作用的转基因番茄。,3 抗逆转基因番茄,国内外对番茄抗逆的转基因研究主要集中在耐盐、耐寒、耐旱、耐热等方面，其中耐盐、耐寒的研究尤为深入。自1991年Hightower等将比目鱼体内的抗冻蛋白(AFP)基因转入番茄、1997年黄永芬等将美洲拟蝶鱼的AFP基因导入番茄获得了抗冷性提高的转基因番茄植株，拉开了抗冷转基因番茄的帷幕。,4 耐贮及延熟的转基因番茄,耐贮及延熟的转基因番茄主要通过抑制细胞壁降解或抑制乙烯合成来实现。我国第一个商品化的转基因番茄就是通过转反义的EFE基因实现的;Kramer等利用编码S

7、AMase的基因获得了转基因 成熟延迟的番茄植株。,5表达医药蛋白的转基因番茄,利用番茄作为生物反应器生产疫苗、医药蛋白等研究正成为番茄基因工程研究的一个热点。目前主要用番茄作为生物反应器生产抗原，从而使人体获得抗体，另外就是直接生产有功能的医药蛋白。,6 雄性不育的转基因番茄,对于自花授粉作物，利用雄性不育系制种可以简化育种步骤，省时省力，而且能提高制种质量。Mariani等利用花粉绒毡层特异启动子启动核糖核酸酶基因在番茄中表达，引起花粉败育，得到雄性不育的转基因番茄。Sandhu等利用RNAi技术将核基因Mshl的表达抑制后，使线粒体DNA重排，得到细胞质雄性不育植株。,17 品质及风味改

8、良的转基因番茄,目前改良番茄品质的研究主要有增加番茄甜度、提高番茄可溶性固形物和番茄红素含量。,转基因番茄的相关报道,抗盐转基因西红柿 （据2001年8月19日新华社报道）美国科学家曾培育出一种口味与普通西红柿相同的转基因西红柿，其特别之处是能在含盐量较高的土壤中生长。他们从一种与卷心菜有亲缘关系的植物中提取出抗盐基因，然后将该基因注入西红柿中。用这种办法培育出的转基因西红柿能够在含盐量为正常情况50倍的土壤中存活。,高保健功能的新品种番茄（ 2002.11.04据重庆农业农村信息网报道）美国尤尼利陈公司的荷兰籍和英国籍科学家最近开发成功了另一种转基因番茄，它含有对预防 心脏疾病和癌症有 效的

9、特殊化学物质烷醇，在这种转基因番茄中烷 醇增加了78倍。,双抗转基因西红柿（据农业知识2005年01期）西红柿果株在生长期间不耐寒，一个晚上霜冻就会导致其死亡。并且，如果生长期间受到黄瓜花叶病病毒（CMV）的影响，植株也往往会变成棕色最后枯死。 美国俄克拉何马州农业研究所的科学家发现一种方法，将来自人或蠕虫的特定基因嵌入西红柿植株内，就能生长出耐这种寄生菌的西红柿，所嵌入的基因可制造出多种蛋白质，能抗早期细胞凋亡，让CMV病毒成为无害病毒。基因改造后的西红柿也比自然生长的西红柿有更好的抗低温气候特性。,抗干旱转基因西红柿（据2005年12月15日人民网报道）美国康涅狄格大学的一个研究小组将拟南

10、芥的一个基因插入西红柿内，培育出能高度抗旱的转基因西红柿植株。在这一研究中，格拉克西奥亚等人将拟南芥的一个名为AVP1的基因植入普通西红柿植株内，并观察其效果。早先的研究已显示，AVP1基因的过度表达能使拟南芥细胞免受脱水之害，并能使其根部吸收和保持水分的能力更强，从而帮助植株忍耐缺水环境。,抗艾滋病和乙肝病毒的转基因西红柿（据2006.6.30解放网报道） 俄罗斯西伯利亚植物生理学和生物化学研究所的科学家利用土壤农杆菌，将艾滋病病毒和乙肝病毒片段合成物送入西红柿植株。经过这种方法处理的西红柿植株能制造这些病毒的蛋白质。科学家给实验鼠喂食含这种转基因西红柿粉末的溶液后发现，实验鼠血液中产生了艾

11、滋病病毒和乙肝病毒的高含量抗体。,科学家说，如果用这种西红柿制造的疫苗同样对人体有效的话，将能够以片剂形式供人们服用。其优点是无需冷 藏，无需注射，感染风险低，易于生产。,美国印第安那州的帕丹尤大学与农业部农业研究局的科研工作者们培育出一种含抗氧化物质番茄红素-比老品种高3.5倍，被确认为有抗癌作用和保健功能的新品种番茄。这种番茄新品种是通过将酵母菌的遗传基因引入到番茄的DNA中后取得的，酵母菌在这里起到刺激产生番茄红素的作用。,番茄红素,番茄红素(Lycopene)是植物中的一种天然色素，属于类胡萝卜素中的一种，它是许多类胡萝卜素生物合成的中间体，经过环化可形成其它类胡萝卜素。,番茄红素主要

12、存在于番茄、西瓜、红色葡萄柚等植物的果实，茶的叶片以及萝卜、胡萝卜等植物的根部，其中以番茄果实中的番茄红素含量最高。番茄红素是类胡萝卜素中活性最强的抗氧化剂，有延迟衰老的作用，可以预防和缓解多种疾病，且对人体没有任何毒副作用，故被认定为营养型保健食品。,预防和抑制癌症：最新研究成果表明，每天摄取30毫克番茄红素，可以达到预防前列腺癌、消化道癌以及膀胱癌等多种癌症的效果。,保护心血管：在动脉粥样硬化的发生和发展过程中，血管内膜中的脂蛋白氧化是一个关键因素。番茄红素在降低脂蛋白氧化方面发挥着重要作用。,抗紫外线辐射功能：番茄红素能对抗紫外线损伤。研究人员给10名健康人各补充28毫克-胡萝卜素和2毫

13、克番茄红素1-2个月，结果服用番茄红素人群紫外线引发红斑的面积减少，程度减轻。,抑制诱变作用：肿瘤生成的重要机制之一是组织细胞在外界诱变剂的作用下发生基因突变，而番茄红素能阻断这个过程，发挥抗癌作用。如地中海地区居民在煎烤鱼和肉的同时使用番茄酱，减少了烹调过程中杂胺等诱变剂的形成。所以虽然当地居民喜食易致癌的煎烤食物，但是宫颈癌、前列腺癌以及肝癌的发病率却很低。,延缓衰老、增强免疫力：番茄红素可以最有效地清除人体内的自由基，保持细胞正常代谢，预防衰老。番茄红素在体内通过消化道粘膜吸收进入血液和淋巴，分布到睾丸、肾上腺、前列腺、胰腺、乳房、卵巢、肝、肺、结肠、皮肤以及各种粘膜组织，促进腺体分泌激

14、素，从而使人体保持旺盛的精力；,清除这些器官和组织中的自由基，保护它们免受伤害，增强机体免疫力。,番茄红素大量存在于体内各种黏膜组织，长期服用可以改善各种因体内黏膜组织破坏而引发的各种不适。如干咳、眼睛干涩，口腔溃疡，保护胃肠道黏膜组织等。番茄红素还具有极强的解酒作用。酒精在人体内的代谢过程主要是氧化还原反应，会产生大量的自由基。平时服用番茄红素，可以增加酒量；喝酒前服用，解酒效果显著，可以减轻酒精对肝脏的损伤；而醉酒后服用，可以减轻头痛、呕吐等醉酒症状。,番茄红素是原本就存于番茄中的活性成分，但是随着番茄果的成熟而进入“休眠”状态。同时，番茄红素是番茄体内形成的红色色素成分，在人体内具有捕捉

15、可使组织遭受损伤并引发癌症的活性氧的性质，从而充分显示其在抗癌保健中的重要作用 。因此，培育高番 茄红素的番茄品种，是近 年来国内外番茄品质育 种热点。,番茄红素在植物细胞中的合成是在质体和叶绿体中进行的，其生物合成的过程为：八氢番茄红素(Psy)在脱氢酶作用下依次脱氢生成六氢番茄红素、链孢红素和番茄红素。番茄红素在番茄红素环化酶(Lyc)的作用下转化为其它类胡萝卜素。如果通过RNAi抑制番茄果实中番茄红素环化酶基因的表达，就可以阻止番茄红素降解，促进其积累，从而创造高番茄红素的转基因番茄新种质。,到目前为止,已报道的番茄红素生产方法有天然提取法、化学合成法和发酵法三种。天然提取法以西红柿为原

16、料,经有机溶剂提取或超临界萃取制取番茄红素,但由于原料含量太低,仅为约20mg/100g 西红柿,生产成本居高不下。化学合成法虽然成本最低,但随着人们对化学合成品毒副作用的担心及对天然品的日益崇尚,化学合成类药物和食品添加剂不会成为市场的主流。利用微生物发酵法生产番茄红素具有成本低、安全及工艺简单等优点,特别是随着转基因技术的迅速发展,利用基因工程菌生产番茄红素已成为研究的热点。基因工程菌构建技术及在分子水平上对类胡萝卜素生物合成途径的阐明为利用基因工程菌发酵产番茄红素提供了有力的工具。,转基因过程,基因工程是在分子水平上进行的遗传操作，指将一种或多种供体的基因或基因组提取出来，或者人工合成的

17、基因，按照人们的愿望进行严密的设计，经过体外加工重组，转移到另一种受体的细胞中，使之在受体细胞遗传性状的技术。,目的基因分离,植物表达载体的构建,受体材料的准备,遗传转化,转化组织,组织脱分化,转化植株筛选,炼苗,转化组织 农杆菌介导之叶盘转化法,带有转化基因的农杆菌活化,受体植物,叶盘,侵染,共培养,筛选培养,诱导成苗,现状与展望,转基因番茄产业化,由于转基因产品的上游研究与下游的成果转化、产业化严重脱节，虽然进行田间试验的转基因番茄品种很多，但真正推广产业化生产的并不多。,在19852010年间，共有652个番茄品种进行了田间试验。目前在美国已经有6个番茄品种被批准上市，这些转基因番茄包括

18、耐贮、抗病、多功能保健番茄等。我国也有1个转基因番茄品种进人了产业化阶段，即华中农业大学的转基因耐贮番茄“华番一号”(商品名“百日鲜”)，1997年农业部基因工程安全委员会已批准这种耐储存番茄进行商业化生产。墨西哥、日本均有一个番茄品种被批准种植。,基因功能鉴定的工具,番茄由于转基因技术成熟，所以创造转基因番茄新种质有着其它作物无法比拟的优势。因此，转基因番茄可以作为基因功能鉴定的工具，很多发现的基因可以用番茄作为鉴定的受体。由于番茄的这一特点，番茄可以由单一性状的,定向改变向多性状的定向改变过渡，即有单一基因的转化也有多基因的转化，这样可以使番茄同时获得多个优异性状，从而创造优异的番茄种质资

19、源。,转基因技术必须和常规育种相结合,有些育种目标通过常规育种可以解决，就不一定需要通过基因工程来创造，免去基因工程的繁琐程序，例如有些抗病的转基因番茄其实完全可以通过常规育种来完成。目前，我国的研究小组还存在着转基因技术与常规育种结合不紧密问题，常规育种研究不进行转基因研究，转基因研究没有很好地结合到常规育种中去，在一定程度上阻碍了转基因种质资源或品种的产 业化过程，或者是没有充分发 挥转基因种质资源或品种的作用。 转基因技术必须和常规育种相结 合，转基因技术创造的优异种质 资源才能快速进入到品种流通领 域，也最大发挥其效能，从而为 农业生产服务。,转基因番茄口服疫苗,由于番茄可以鲜食，所以

20、更多的口服疫苗可以通过转基因番茄来实现。另外，由于植物具有细胞壁等保护作用，部分蛋白在消化道中可以不被降解从而被人体吸收一部分，因此，一部分功能蛋白也可以在番茄中表达而被人体吸收，从而创造越来越多的集保健、营养和生长良好于一体的番茄新种质。,番茄作为可食用植物应用于转基因植物疫苗的生产，已成功表达了多种外源蛋白，在动物实验方面取得了重要进展。但目前尚有许多问题有待解决。利用转基因植物生产疫苗存在两个缺点：蛋白表达量低；研究人员针对这种情况，考虑使用强启动子、前导序列和增强子，优化选择的密码子，mRNA 去稳定序列的去除，整合非依赖性的表达，通过协同表达二硫键异构酶或伴侣蛋白促进蛋白质的正确表达，通过修饰抗原蛋白基因序列将其定靶于胞内部分，来提高表达水平；口服时少量被消化。针对这情况，采取在抗原基因附近加上一些修饰基因或吸附基因序列（如菌毛蛋白基因），保护口服疫苗不易被迅速消化，使之长时间地停留在消化系统内。,转基因生物安全性的考虑,1)由于转基因植株具有的抗虫抗病等超级功能，这些基因能否转入到野生种中，使野生种变成超级杂草，导致难于防治；2)标记基因及抗生素抗性基因能否和有害病原菌重组，导致 超级病原菌的产生；,THANK YOU!,