生物技術研究前沿動態湖南科技大學生命科學學院生物技術系肖璐一什么是生物技術Coinedin1917byKarlEreky,anHungarianengineerDefinedas:Allthelinesofworkbywhichproductsareproducedfromrawmaterialswiththeaidoflivingorganisms.生物技術：1917年匈牙利人KarlEreky提出，其含義為“用甜菜作為飼料進行大規模養豬時，即利用生物將原材料轉變為產品”。生物技術（biotechnology），有時也稱生物工程，是指人們以現代生命科學為基礎，結合其他基礎科學的科學原理，采用先進的科學技術手段，按照預先的設計改造生物體或加工生物原料，為人類生產出所需產品或達到某種目的。生物技術是人們利用微生物、動植物體對物質原料進行加工，以提供產品來為社會服務的技術。二生物技術的重要性

有助于解決全球的重大難題：資源（能源）、人口、糧食、生態環境、健康與疾病和戰爭與災害；促進傳統產業的技術改造和新產業的形成，對人類社會生活產生深遠的革命性影響；生物技術這一新生事物正迅速走向老百性日常生活各個方面,將對人類的發展做出巨大的貢獻。三我國生物技術產業發展現狀

發展生物經濟正在成為許多國家應對金融危機的戰略措施。生物技術是我國需求最迫切、技術與國外差距較小的領域之一，我國將把生物技術作為當前科技發展的重點，把生物產業作為新興產業培育的重點，把生物經濟作為引領新經濟發展的重點。2008年全國生物技術產業總產值突破8000億元，同比增長26%。生物技術的工廠數量不斷增加。目前在中國約有500多家民營的生物技術公司，其中在生物醫藥技術領域約有300多家企業。經過20多年的發展，中國的生物技術與產業已經開始了從跟蹤仿制到自主創新的轉變，從實驗室探索到產業化的轉變，從單項技術突破到整體協調發展的轉變。為促進生物產業加快發展，中央財政2009年安排328億元，2010年安排300億元左右，同時帶動企業投資到11個科技重大專項，其中包括轉基因生物新品種培育、重大新藥創制、艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治等。根據《生物產業發展“十一五”規劃》，到2010年，生物醫藥產業增加值將達到5000億元以上。在此基礎上，到2020年全國生物產業增加值將突破2萬億元，成為高技術領域的支柱產業和國民經濟的主導產業。預計到到2015年，中國生物產業的產值規模將超過3萬億，到2020年會達到6萬億左右，我國力爭到2020年，實現生物技術的跨越發展，使生物技術研發水平躍居世界先進行列。加速科技成果產業化，培育生物新產業，形成2-3萬億元的產值，力爭使我國成為生物技術強國和生物產業大國。為實現這一目標，我國將實行“三步走”戰略：第一步，技術積累階段，到2010年左右，形成5000-8000億元規模的生物技術產業；第二步，產業崛起階段，到2015年左右，生物產業總產值力爭達到16000億元；第三步，持續發展階段，到2020年左右，生物產業總產值達到2-3萬億元，形成國民經濟新的支柱產業。美國商業評估公司預計2020年生物技術產業將成為第一大產業，生物技術的發展潛力巨大。四生物技術發展的基礎基因工程發展的取決于三大理論和技術的建立理論基礎:40年代，遺傳信息的攜帶者是DNA；50年代，DNA雙螺旋模型和半保留復制機制；50年代末到60年代，中心法則、操縱子學說、遺傳密碼技術基礎：實驗技術的三大發現：DNA分子的體外切割與連接技術的發現；質粒與克隆載體的發現；逆轉錄酶及反轉錄技術的發現。1973年，斯坦福大學StanleyCohen和HerbertBoyer，第一次成功地進行了基因克隆實驗，從此拉開了基因工程發展的序幕。五基因組研究計劃

為什麼中國要加入人類基因組計劃

1)人類基因組計劃需要中國（家系純基因資源豐富）

2)搶占科技平臺，平分天下秋色。

3)技術力量厚，有研究基礎

4)擁握科技、軍事殺手劍

5)重大事件的刺激

1999年以前中國對蝦患病毒病，大量死亡，為對付此種病毒要進行測序，由于國內作不了，180萬美金委托國外做，又轉讓1/3知識產權。

2003年在SARS面前中國科學家整體打了敗仗，非典出現在中國，中國最早拿到病毒樣品，但病毒序列卻被外國人首先測序破譯六、人類基因組計劃的意義

1、是人類的第二張解剖圖，在分子水平揭示人類的生、老、病、死之迷

2、比較基因組結構，闡明生物的進化關系，揭示當代科學的第六大懸案—人類進化的缺環。

懸案1、宇宙生命何處覓

懸案2、黑洞天體為何物

懸案3、引力輻射問題

懸案4、太陽系的第十個行星

懸案5、新元素的發現。現有109號元素，但新修的元素周期表可容納164號元素

懸案6、人類進化有缺環，即人類與猿之間的親緣關系似乎還有一個中間過渡的生物類型，但至今沒發現化石

3、遺傳與優生依據

4、建立個體醫學的指南，繪制21世紀基因醫學藍圖

5、準確進行基因的分離和克隆

6、研制基因組藥物活字典，基因治療

7、延長人的壽命（180—1200歲）

8、建立基因組身份證，精確進行DNA親子鑒定,建立潔凈法庭

9、進行電子雜交，加快研究進程

10、標記輔助選擇。把目的基因開發成分子標記，根據圖譜間接選擇目的基因，減少育種盲目性，縮短育種年限

七、人類基因組計劃的潛在危險

1、基因武器

給種族基因武器奠定理論基礎。不同種族的基因組都有脆弱點，對某種病或某種細菌藥物敏感。針對其脆弱點可設計基因武器目前美、俄、英、德等有15個國家有基因武器

1976年，前蘇聯提出以特定種族為對象就研制種族基因武器阿拉伯種族的基因組對愛滋病的HIV的敏感性強，以色列研制了專門針對阿拉伯人的基因人種炸彈英國研制成了轉基因超級病毒—基因殺人蟲

非洲、中東人群的基因組對裂各熱細菌敏感，美國馬力蘭州軍事醫學研究所是基因武器研制中心，在普通釀酒菌中接入一種專能在非洲、中東引起可怕的裂各熱細菌的基因以把裂各熱細菌的基因轉入了釀酒菌種，專門對付中東人美國研制成的熱毒素基因毒劑，20克可毀滅全人類

SARS病毒測序結果證明基因組40%被人工修飾

5000萬美金建造的基因武器庫相當于50億美金建造的核武器庫，

2、基因歧視

種族之間不存在優秀基因組，但是，不同的家族之間確實存在不同的致病基因，不同的家族含致病基因的數量不同。

3、基因掠奪

人類基因資源有限，僅僅3.0—3.5萬，美國派中國留學生回國采血樣，到一些不發達國家采血樣。毛利人抗議：你們過去搶走了我們的黃金、我們的磚石，現在又要來搶我們的基因了。

4、基因專利

主流科學家和美國國立公司的觀點：為了不讓想獲得專利的人得逞，美國立公司有了新

新成果馬上網上公布。沃森強調：人類基因組屬于全人類，而非任何個別國家。

Cerala公司的觀點：認為公司投資大，理應有回報，利于該項事業發展，認為發現基因組中的某個基因屬于科學發現，不應授予專利，但搞清楚了某基因的位置、功能、結構，此屬于科學發明，應該授予專利。

克林頓總統、布萊爾總統共同發表聲明：

人類基因組圖譜應成為社會公有資源，無償提供給所有研究者使用。但聲明發表后引起生物技術公司股票大跌，為此，白宮緊急澄清：不反對企業為單個基因的功能研究的成果申請專利。

美國人類基因科學公司已克隆人類基因8000多個因塞特公司已克隆7000多個，中國也已克隆

10000多個，僅次于美國。中國聯合基因科技集團已申請專利3500個。位居世界第三。5、基因倫理

社會心理的改變：可能被別有用心的人利用，誘使走向基因還原論、基因本質論、基因決定論，步優生學的后塵隱私權：婚姻權：生育權：就業權：求學權：生存權：

就醫權：八基因組學的發展歷程流感嗜血桿菌(haemophilus

influenzae)

1995年7月第一個細菌基因組全序列發表,大小為1.8Mb。含1703個基因或開放閱讀。這是微生物乃至整個生物學領域的一個里程碑.(Science)1997年9月,大腸桿菌的完整基因圖譜已繪制成功,基因組全序列完成,全長為5Mb,共有4288個基因,同時也搞清了所有基因產物的氨基酸序列.啤酒酵母，1997年，第一個真核生物基因組圖譜公布。秀麗線蟲(caenorhabditis

elegans)

1998年12月完成了基因組測序。基因組大小100Mb,分布于6條染色體,預測有19，099個基因。果蠅Celera公司2000年3月宣布了基因組全序列為180Mb。有13601個基因,其中一半的基因功能還沒有搞清楚,有1600個堿基跨度區仍未能完全測序。2000年12月,第一個植物基因組——擬南芥基因組被全部測序,遺傳圖譜、物理圖譜建立,序列大小為125Mb。基因組測序區段覆蓋了全基因組的115.4Mb,分析共含有25498個基因,編碼蛋白來自11000個家族。2001年2月中旬，《Nature》與《Science》分別發表了人類基因組工作框架圖,報告人類基因組共有30億個堿基對,預測編碼基因31000個,比最初預測的10萬個編碼基因數大大減少。2002年4月，水稻基因組圖譜公布。2002年

小鼠、瘧原蟲和按蚊基因組測序完成鼠基因組共有約27億個堿基對，比人類少15％，但其包含的基因數目約在3萬個左右，與對人類基因數的最新估計非常接近。瘧原蟲的裂殖子瘧原蟲破壞兩個紅細胞人被蚊子咬之后5到10分鐘，瘧原蟲孢子就會到達肝臟，入侵肝細胞，在這里它們可以躲過人體免疫系統的攻擊。孢子侵吞肝細胞的營養，大量地分裂繁殖，大概一個星期之后脹破肝細胞跑出來，將數以百萬計的新孢子釋放進入血液。新的孢子馬上入侵紅細胞，再次逃過免疫系統的追殺。它們以血紅蛋白為食，繼續繁殖，大概兩天后破壞紅細胞，產生更多的孢子入侵其它紅細胞……用不了多久，2/3的紅細胞都會被瘧原蟲占領。瘧原蟲在血液里這種周期性的繁殖過程，就會導致病人三天兩頭地發高燒、打寒戰。人肝細胞內間日瘧原蟲（Plasmodiumvivax）細胞前期成熟裂殖體瘧原蟲是瘧疾的病原體，分布區幾乎遍及全球。間日瘧原蟲是四種寄生于人體的瘧原蟲之一。2003年

人類基因組計劃宣布，人類基因組序列圖繪制成功，人類基因組計劃的所有目標全部實現人類遺傳變異圖譜研究以及黑猩猩基因組測序計劃開始2003年11月，世界上首個復雜生物體的蛋白圖譜－－果蠅蛋白圖譜公布，從而實現了只顯示遺傳密碼的基因圖譜到揭示遺傳密碼功能的蛋白圖譜的飛躍。這個果蠅（Drosophilamelanogaster）蛋白圖譜發表在《科學》雜志的網絡版上這篇研究發布的這個含有7,000多個果蠅蛋白的圖譜含蓋了這些蛋白之間超過20,000種不同的互作。這些果蠅蛋白有許多與人類蛋白類似，適于作為研制小分子藥物如用于治療癌癥、心臟病和糖尿病的口服藥片等的靶點2004年３月１日多國科學家組成的兩個研究小組宣布繪制出雞的基因序列草圖和遺傳差異圖譜。

科學家選取了家雞的遠祖——紅原雞為測繪對象，繪制出了草圖中約10億個堿基對，相當于人類的三分之一。科學家在９日出版的《Nature》雜志上載文說，分析發現，紅原雞約有２萬到2.3萬個遺傳基因，與人類數量基本持平，其中有60％與人類相同。雞基因組的分析還僅僅是開始，不過已經得出了一些出人意料的結果。科學家們發現，控制雞生成角蛋白的基因與預想的不同。角蛋白構成人類的頭發、指甲，以及鳥類的喙和羽毛，科學家一直認為哺乳動物和鳥類的角蛋白來源相同。但圖譜顯示，雞的角蛋白基因與哺乳動物的區別很大。科學家由此推測，角蛋白可能獨立進化出了兩次。九意外的發現另外，此前科學界一致認為雞沒有嗅覺，但是分析結果表明雞具有大量的嗅覺基因，味覺基因卻很缺乏。分析還發現，雞缺乏人類所具有的產生乳汁、唾液和牙齒的基因。意外的發現十雞基因組研究的意義雞是研究低等脊椎動物和人類等哺乳動物的一種比較理想的中介。將人類基因組與雞等其他生物的基因組進行比較，有助于更深入理解人類基因的結構和功能，進而開發治療疾病的新手段，對于培育優質雞種、改善食品安全、控制禽流感病毒的蔓延也有重要意義。雞是種常見的家禽，長期受到進化生物學家的青睞。它的基因序列也有助于科學家了解農業和進化學上重要特性的遺傳學基礎。十一雞的進化研究轉基因小雞對雞和人類的基因組進行比較后發現約七千萬個堿基對是共有的。這暗示著在大約三億一千萬年前二個物種從共同祖先分化出來的時候，遺傳物質具有守恒性。雞和所有的哺乳動物多起源于恐龍“分道揚鑣”在鳥類和哺乳動物分離的時候，雞獲得了生成羽毛和喙的蛋白質的基因，而哺乳動物獲得了毛皮蛋白質的基因，喪失了與蛋清和蛋黃有關的基因。雞的基因組比哺乳動物的緊湊的多，它擁有2萬到2.3萬個基因，但僅有十億個DNA堿基，而同樣多的基因人類需要三十億個堿基。雞的基因數量與哺乳動物的相當，但它的基因組含有重復的“垃圾”DNA的數量很少。我國科學家在雞基因組學研究上的重大突破中國科學院北京基因組研究所在國際合作的框架下參與和主持完成的原雞基因組和家雞基因組多態性研究并于2004年12月9日發表在《自然》雜志上以主題科學論文的形式發表。《Science》發表論文

我國家蠶基因組研究獲國際認可2004年12月10日西南農業大學家蠶基因組研究群體的研究論文《家蠶基因組框架圖》，于12月10日在國際頂尖科研雜志《Science》上發表，這標志著重慶市家蠶基因組研究成果已得到國際學術界的認可。絲腺是合成繭絲蛋白質的生物器官，是蠶絲產業的生物學基礎。科學家通過分析家蠶基因組和基因表達譜，發現了1874個家蠶絲腺特異基因，其中97％為新發現；發現了絲腺中激素活動的證據；科學家甚至比較了家蠶與被稱為“生物鋼”的蜘蛛絲的生產者——蜘蛛的基因構成，發現了它們共同擁有的１０７個基因。這些功能基因的獲得和功能分析的深入開展，將徹底突破繭絲蛋白質合成相關基因克隆和研究的瓶頸。而隨著家蠶絲腺特異基因研究的深入，中國將很快在改造絲蛋白質結構，克服絲綢天然加工弱點等重要產業技術的研發方面取得突破。十二、結構基因組學（一）概念和目的（二）基因圖譜（三）結構基因組學研究常用方法概念和目的以全基因組測序為目標的基因結構研究弄清基因組中全部基因的位置和結構，為基因功能的研究奠定基礎。其目的是建立高分辨的遺傳圖譜、物理圖譜、轉錄圖譜和序列圖譜。結構基因組學研究常用方法1.脈沖場凝膠電泳（PFGE）2.毛細管電泳3.基因芯片技術4.全基因組隨機測序十三、功能基因組學1.概念：利用結構基因組學提供的信息，以高通量，大規模實驗方法及統計與計算機分析為特征，全面系統地分析全部基因的功能。研究角度包括：生物學功能、細胞學功能、發育學功能等。2.功能基因組學常用方法和技術⑴RNA干擾技術（RNAi）⑵蛋白質組學研究⑶生物信息學研究十四、比較基因組學利用人類基因組與模式生物基因組之間編碼順序上組織結構上的同源性，發現和克隆人類和其他物種的基因，提示基因功能，從而闡明物種的進化關系及基因組的內在結構。十五生物技術的應用為解決人類面臨的重大問題提供新途徑,帶來了希望(國外稱之為六大危機):

①人口問題:A)節育:藥、疫苗,B)優生:遺傳病基因治療。②糧食問題:

綠色革命,高產、優質、抗病新品種,

農藥、肥料。③能源、資源問題:生物電池、光合菌、乙醇生產、石油采集菌、生物冶煉。④環境污染:石油、污水,有害金屬污染,特嗜菌的構建。⑤醫療保健:抗衰老、防治心血管病、瘧疾、傳染病、遺傳病(見下)。⑥戰爭等災害：生物戰劑、生物恐怖。（一）

為醫藥工業帶來革命

新藥的設計與生產

1.大量生產生化藥物

如基因工程生產的生長激素釋放抑制激素:9升發酵液可得50mg純化產品,這和從50萬頭羊腦組織中的提取物相當。轉基因動物生產tPA

一個動物一個工廠,放牧,擠奶,提取便可。目前不包括抗生素在內,研究基因工程藥物達500種,如許多活性多肽、激素、酶、細胞因子,尤其是后者目前是熱門,研究30種,生產已有19種。2.改造、促進抗生素工業,

除固定化酶、細胞技術,包括對酶的更新。例如:基因工程可生產強有力的新酰化酶,可大量制備新抗生素(如頭孢毒素等)。3.“生物導彈”藥物:

①McAb—毒素蛋白、抗癌藥、TNF、酶等。②Abzyme，特異結合＋酶切分解。③受體藥物“愛國者導彈”:CD4受體—HIV等。4.超級藥物

人工設計、合成分子藥物:①反義核酸、基因封條、阻止轉錄、翻譯,②酶性RNA(Ribozyme)切掉有害基因。5.酶制劑基因工程:

如:tPA(組織纖維蛋白溶酶原激活因子),鏈激酶等。基因工程試劑的高回報堿性成纖維細胞生長因子231元/ug紅細胞生成素1072元/ug白細胞介素-2410元/ug巨細胞粒細胞集落刺激因子1960元/ug胰島素10.2元/mg（二）動物生物技術（Animal

Biotechnology）TransgenicsaregeneticallymodifiedorganismswithDNAfromanothersourceinsertedintotheirgenomeAlargenumberoftransgenicanimalshavebeencreatedMiceCowsPigsSheepGoatsFishFrogsInsectsCurrently,notransgenicanimaloranimalproductisapprovedbytheFDAorUSDAforhumanconsumptionSomeofthegoalsoftransgenicanimalcreationare:ResearchintoanimalandhumandiseaseImprovelivestockanimalsUseofanimalsasbioreactorsTransgenicAnimalCreationMicroinjection

intothegermline->transgenicanimalGeneinjectedintothemalepronucleiEggsareinfectedpriortofertilizationVirusintegratesintooneofthechromosomesRecombinantDefectiveRetrovirusLinkerBasedSperm-MediatedGeneTransfer(LB-SMGT)精子介導的轉基因SpermfertilizestheeggcarryingtheforeigngeneintotheeggwhereitisincorporatedintothegenomeSomeofthedrawbacksofthesemethodsare:TheinsertedDNArandomlyintegratesintothegenomeTheeggsmustbeharvested&fertilizedinvitroMorethanonecopyofthegenemaygetintothegenomeTransgenicAnimalGenerationExamplesofTransgenicAnimalsTransgenicCattle轉基因牛

Dairycowscarryingextracopiesoftwotypesofcaseingenesproduce13%moremilkproteinNotonlywillthismakethemilkmorenutritious,itwouldallowforlessmilktomakemorecheeseCurrentlythemilkfromtheseanimalsisunderFDAreviewTheimportantdifferencebetweenthis&othertransgenicsisthattheDNAaddedisnotforeignTransgenicFishTilapia（羅非魚）Salmon/trout(鮭魚/鱒魚)Catfish鯰魚Cangrowupto6timesfasterthanwildtypefishMosthaveextracopiesofgrowthhormone(GH)geneTransgenicWildtype/nbt/journal/v19/n6/images/nbt0601_500a_I1.jpgThetransgeneusedtoincreasegrowthutilizesanantifreezeproteinpromoterconnectedtotheGHcDNA/hotartcl/chemtech/99/jun/fletcher.htmlAswatertemperaturedropstheGHgeneisturnedonThefishcontinuetogrowwhennormallytheywouldnotAntifreezepromoterfrompout/hotartcl/chemtech/99/jun/fletcher.html+AntifreezewildtransgenicAntifreezeProteins(AFP)AFPslowerthefreezingtemperatureofblood&fluidsTroutnormallydonotsurviveinwaterbelow–0.6°CTransgenictroutcontaininganAFPgene&promotercansurviveinwatersascoldas–1.2°CAnimalBioreactors“Pharming”.uk/science/genes/gene_safari/pharm/a_pharming.shtml1997,Tracythesheep,thefirsttransgenicanimaltoproducearecombinantproteindruginhermilkalpha-1-antitrypsin(AAT)treatmentforemphysema(肺氣腫)&cysticfibrosis(囊性纖維病)CreatedbyPPLTherapeutics&TheRoslinInstituteWebsterandPeterNexiaBiotechnologiestransferedthesilkgenefromOrbspidersintogoatsTheresultingmalegoatswereusedtosire(種畜)silk-producingfemalegoatsEachgoatproducesseveralgramsofsilkproteininhermilkThesilkisextracted,driedtoawhitepowder,andspunintofibersThefibersarestrongerandmoreflexiblethansteelTransgenicmalekidscarryingsilkgeneGTCBiotherapeutics(生物治療藥物)hasreceivedapprovaltosellhumananti-thrombin(凝血酶)(ATryn)purifiedfromgoat’smilkinEuropeTechnologyisnotrestrictedtocows,goats,&sheepThereisinterestinusingrabbitssincehousingcostsaresignificantlyless&generationtimeisfasterChickenswhichproducerecombinantdrugsintheireggshavebeenproducedbyTheRoslinInstituteOtherTypesofTransgenicAnimalsTransgene->Genecodingforagrowthhormone

ANDi,thefirsttransgenicprimateborninJanuary,2000224unfertilizedrhesus(恒河猴)eggswereinfectedwithaGFPvirus~Halfofthefertilizedeggsgrewanddivided40wereimplantedintotwentysurrogatemothersfivemaleswereborn,twowerestillborn(死產的)ANDiwastheonlylivemonkeycarryingtheGFPgene/unparchive/2001/011001andi.shtmlAlba,theEGFP(enhancedGFP)bunnyCreatedin2000asatransgenicartwork/gfpbunny.html#gfpbunnyanchor/story/_a/glowing-pig-passes-genes-to-piglets/20080109143909990001?ncid=NWS00010000000001TransgenicPigsPassontheTransgeneGloFish,originallydevelopedinSingaporeasawaytomonitorwaterpollutionThenormallyblack-and-silverzebrafishwasturnedgreenorredbyinsertingvariousversionsoftheGFPgeneGlofishareonsalethroughouttheUSexceptinCaliforniaGlofishretailforabout$5perfish.Normalzebrafishcostaroundonetenthoftheprice.sg/corporate/research/gallery/research12.htm轉紅色珊瑚螢光基因Mouse“Knock-out”TechnologyGeneTargetingKnock-outtechnologyallowsforthespecificlossofageneinmiceAllowsforthefunctionoftheKO’dgenetobededucedfromthedefectsseeninthemicecanbeusedtomimicksomediseaseUnliketraditionaltransgenicsthetrangeneistargetedtoaspecificsiteintheDNAofthemouse/SC_COBRE/CORE-B/Resources-B.htmMouseKnock-outsrequireembryonicstem(ES)cells

Thesearederivedfromtheinnercellmass(ICM)ofablastocyst(theICMiswhatwillbecomethefetus)EScellsarepluripotentmeaningtheycanbecomeallthedifferentcelltypesfoundinanadult.au/blasto.htmlBlastocystInjectionBlastocyst EScellshttp://bunseiserver.pharm.hokudai.ac.jp/gihou/knockout.htmlChimericmouseThebrownfurcomesfromEScellsinjectedintotheblastocystofanalbino(白化體)mouseSomeExamplesofKnockoutMicep27knockoutmouseisbiggerthanthecontrolThisisnotduetoobesity,buttheskeletalstructureisincreasedinsize(everythingaboutthemouseislarger)http://www.bioreg.kyushu-u.ac.jp/saibouE.htmlp27knockoutmousehttp://www.bbc.co.uk/science/genes/gene_safari/wild_west/bigger_and_better02.shtmlGDF8(Myostatin)knockoutmouseOvertwicethemusclemassofawildtypemousenormal knockoutNaturallyOccurringGDF8Mutantshttp:///victoriatimescolonist/story.html?id=67f15c17-2717-4022-bb76-1b982456e793&k=94653http://www.bbc.co.uk/science/genes/gene_safari/wild_west/bigger_and_better02.shtmlFGF5knockoutmousehaslong,angora-likehairhttp://www.med.uni-jena.de/ivm/deutsch/method/method_7.htmClonesandCloning/community/health-science/scientificcommunity/index2.htmlDollyasalambwithhersurrogatemotherDolly,FirstMammalClonedFromanAdultCellDolly,asanadult/cloning3.htmSomaticCellNuclearTransferWhatHasBeenClonedSoFar?SomaticCellNuclearTransferSheep,Goat,Mouse,Rabbit,Cattle(domestic&wild),Pig,Horse,Mule,Dog,Cat(domestic&wild),DeerEmbryoSplitting(Twinning)Sheep,Cattle,Primate(Rhesus)CatCloneDonor Surrogatemotherwithclone(CC)Outof87implantsonlyCCsurvivedtobirth

/news/science/2003-01-21-cloned-cats_x.htmDonor&CloneRainbow&CCClonedtransgeniccatcontainingredfluorescentprotein/story/_a/glowing-pig-passes-genes-to-piglets/20080109143909990001?ncid=NWS00010000000001TransgenicClones/news/2003/05/0529_030529_muleclone.htmlIdahoGem,firstclonedmule1sttry134implants2pregnancies,bothfailed2ndtry113implantations14pregnancies,onebirthSurrogatemother(horse)Transgenicplants按功能分類1、增產型轉移或修飾生長分化、肥料、抗逆、抗蟲害等基因達到增產效果。2、控熟型轉移或修飾與控制成熟期有關的基因使GMO成熟期延遲、提前、不易腐爛,好貯存。3、高營養型改造貯藏蛋白質基因,使其表達的蛋白質具有合理的氨基酸組成。4、保健型轉移病原體抗原基因或毒素基因至GMO,既補充營養又起到預防疫病的作用。5、新品種型不同品種間的基因重組形成新品種,GMO在品質、口味和色香方面具有新的特點。6、加工型：由轉基因產物作原料加工制成,花樣最為繁多。

轉基因作物現狀1983年:英國培育出世界上第一種含有抗生素藥類抗體的基因移植煙草

1993年:美國將世界第1例GMC投入市場-保鮮延熟型西紅柿目前商業種植的GMC:大豆、玉米、棉花、油菜、南瓜、木瓜、馬鈴薯、番茄、甜菜等幾十種。世界GMC市場份額:美國孟山都（Monsanto）農產品公司占80％,德國安萬特公司占7％,德國巴斯夫公司和瑞士先正達公司各占5％,美國杜邦公司占3％。國外轉基因植物產業化現狀1983年世界上第一例轉基因植物在美國成功培植,標志著植物轉基因技術的正式誕生.至今已有35科120多種植物轉基因獲得成功1986年首批轉基因植物被批準進入田間試驗,至今國際上已有30個國家批準千例轉基因植物進入田間試驗,涉及的植物種類達40多種1994年美國Calgene公司研制的轉基因延熟番茄首次進入商業化生產1998年1月底,美國已批準30種轉基因植物產品進入市場2001年全球轉基因(GM-geneticallymodified)作物種植面積超過5,000萬公頃2002年創出歷史新記錄,達5,867萬公頃國外轉基因植物產業化現狀目前全球轉基因作物種植面積最大的四個國家分別是美國、阿根廷、加拿大和中國.其中,美國種植3,570萬公頃,阿根廷1,180萬公頃,加拿大320萬公頃,中國為150萬公頃.這四個主要國家種植了全世界99%的轉基因作物.美國是轉基因技術應用最多的國家.自20世紀90年代初將基因改制技術實際投入農業生產領域以來,目前占美國農產品年產量70%的大豆、45%的棉花和40%的玉米已逐步轉化為通過基因改制方式生產,其種植面積占轉基因作物種植面積的66%.目前,大約有20多種轉基因農作物的種子已經獲準在美國播種,包括玉米、大豆、油菜、土豆和棉花目前全世界80%的轉基因農作物出自孟山都(Monsanto)、杜邦等5家跨國公司.這些公司擁有相關基因、作物和種子的專利權,對轉基因產品的市場擁有壟斷性的控制權國內轉基因植物產業化現狀在國家“863”、“973”高新技術研究與發展計劃及國家科技攻關計劃的資助下,我國轉基因作物的研究和開發取得了顯著的進展,并且在基因藥物、農作物基因圖與新品種等方面具有相對優勢,有些研究已經達到國際先進水平.但真正進入商品化生產的則較少,就農作物而言,已批準可進行商品化生產的轉基因植物有四種:抗蟲棉花、改變花色的牽牛花、延熟番茄和甜椒.其中,食品只有番茄和甜椒兩種,甜椒由于缺乏優良品種實際上并未大量播種GMC在全球市場的價值1995年0.75億美元1996年2.35億美元1997年6.70億美元2000年30億美元2004年47.0億美元2005年預計超過50億美元2010年可望增至200億美元

1.技術路線目的基因分離植物表達載體的構建受體材料的準備遺傳轉化轉化組織組織脫分化轉化植株篩選煉苗

1.目的基因的分離（1）已知基因的獲得①化學合成法②PCR擴增（2）未知基因的獲得①構建基因組文庫，篩選目的基因②構建cDNA文庫，篩選目的基因③mRNA差異顯示技術篩選差異表達基因④差異蛋白質譜表達技術篩選功能基因……①②pGEM-T③④⑤⑥⑥⑦⑧①銀杏葉RNA提取②反轉錄cDNA③chs全長cDNA的克隆④TA克隆及測序⑤向chs兩端引入酶切位點⑥雙酶切⑦定向克隆⑧導入農桿菌

2.植物表達載體的構建例pBI121-chs構建pBI121圖譜銀杏chs基因植物表達載體構建示意圖chs

β-glucuronidose

NOSter

CaMV35Pchs遺傳轉化（1）間接轉化法——農桿菌介導轉化法

（2）直接轉化法

A、基因槍轉化法

B、電擊法

C、花粉管通道法

D、PEG介導基因轉化法根癌農桿菌

(Agrobacterium

tumefaciens),是一種革蘭氏陰性土壤桿菌,它含有Ti質粒,能誘導被侵染的植物細胞形成腫瘤,即誘發冠癭瘤.Ti質粒(包括Ri質粒)上有一段轉移DNA,在農桿菌侵染宿主植物時,這段DNA可以轉移進植物細胞,并穩定地保留在植物細胞染色體中,變為植物細胞新增加的一群基因,最終能通過有性世代遺傳給子代。基因槍轉化法由美國Cornell大學的Sanfor(1987)提出,它的主要原理是將包含目的基因的載體包被在微小的金屬微粒(鎢粒或金粒)表面,通過高壓驅動力加速微粒穿透植物細胞壁,導入受體組織細胞內,然后通過組織培養再生出完整的植株.微粒上的外源DNA進入細胞后,整合到染色體上并得到表達,從而實現基因的轉化.。返回電擊法的主要原理是將原生質體在溶液中與DNA混合,然后利用高壓電脈沖作用,使原生質體膜的某些部位被擊穿而產生可回復的小孔,外源DNA可通過小孔進入原生質體內,而且不影響經電擊處理的原生質體再生植物的能力.返回花粉管通道法是利用開花植物授粉后形成的花粉管通道,直接將外源目的基因導入尚不具備正常細胞壁的卵、合子或早期胚胎細胞,實現目的基因轉化.返回PEG介導基因轉化的主要原理是聚乙二醇(PEG)、多聚-L-鳥核苷酸(pLO)、磷酸鈣及高pH值條件下誘導原生質體攝取外源DNA分子.PEG可促使細胞膜與DNA間接觸與粘連,并通過引起膜表面電荷的紊亂及干擾細胞間的識別,利于細胞膜間的融合以及外源DNA進入原生質體.返回轉化組織——農桿菌介導之葉盤轉化法帶有轉化基因的農桿菌活化受體植物葉盤侵染共培養篩選培養誘導成苗預培養葉盤，或愈傷組織一般流程如下：根癌農桿菌的培養、純化→根癌農桿菌工程菌侵染液的制備→植物外植體的預培養→將根癌農桿菌工程菌接種到植物外植體的損傷切面→植物外植體與根癌農桿菌的共培養→植物外植體的脫菌培養→轉化體的選擇培養。農桿菌的活化挑單克隆進行培養、純化收集細胞

用液體MS培養基重懸細胞將預培養的外植體放入菌液中共培養預培養的植物外植體工程菌共培養在含有選擇壓力的培養基上誘導細胞分化，形成轉化芽（脫菌培養）轉化體的誘導芽生長生根，形成轉化植株生根，形成轉化植株6.煉苗6.煉苗7.轉基因苗的篩選與鑒定培養過程中利用標記基因篩選標記基因選擇標記基因(Slectivegene)報告基因(Reportgene)抗生素類選擇基因抗除草劑類選擇基因生物安全性標記類選擇基因……β-D-葡萄糖酸苷酶基因(Gus)熒光素酶基因(Luc)氯霉素乙酰轉移酶基因(Cat)綠色熒光蛋白基因(Gfp)……Agrobacterium

tumefaciens,anaturalplantgeneticengineerSoilbacterium,relatedtoRhizobiumcausescrowngalls(tumors)onmanydicotsInfectionoccursatwoundsitesInfectedTobaccow/teratomaBriefrecitationinWeaver,pp.85-89complexbacterium–genomehasbeensequenced;4chromosomeswith~5500genesLotsofpili二、Ti質粒（Tumorinducedplasmid）環狀ds-DNA,160-250kb，具六個功能區致瘤區：合成植物生長素和細胞分裂素冠癭堿合成區：參與冠癭堿合成冠癭堿分解區：參與冠癭堿分解Ti質粒轉移區(tra)：參與在不同農桿菌中的接合轉移毒性區（Vir）：直接參與T-DNA的轉移和插入植物染色體DNA復制區（Rep）：參與Ti質粒DNA復制

T-DNA

Ti質粒中僅有一部分進入植物細胞，T-DNAT-DNA包括植物激素冠癭堿合成區基因及兩側的25bp的正向重復序列，長約23kb右側25bp重復序列對T-DNA的轉移至關重要T-DNA可整合到植物染色體上，整合位點不具特異性auxA

auxB

cyt

ocsLBRBLB,RB–leftandrightborders(directrepeat)auxA+auxB–enzymesthatproduceauxincyt–enzymethatproducescytokininOcs–octopine

synthase,producesoctopine

T-DNA

Monocotsdon't