(1)病毒外壳蛋白(coat protein, CP)基因:在植物中表达病毒外壳蛋白基因可以阻止病毒的侵染或症状的产生。病毒外壳蛋白的抗性机理:一种假说认为,当入侵病毒的裸露核酸进入植物细胞后,它们立即被细胞中的自由CP所重新包裹,从而阻止了入侵病毒核酸的翻译和复制。在离体条件下,附加自由CP能够抑制末装配病毒的翻译的实验结果支持了上述假说;另一假说认为,抗性机制是在CP水平上抑制病毒脱壳,此说法最有力的证据是转基因植株可抗完整病毒的侵染.但不能抵御裸露病毒RNA的入侵;还有一种观点认为病毒外壳蛋白的抗性机制不是外壳蛋白在起作用,而可能是它的RNA转录物与入侵病毒RNA之间的相互作用(2)病毒复制酶基因:RNA病毒(如烟草花叶病毒)的复制酶是依赖于RNA的RNA聚合酶。病毒复制酶一般是在病毒核酸进入寄主细胞并结合到寄主核糖体之后形成的。在植物中表达不完整的病毒复制酶基因可以显著提高植物对病毒的抗性,作用机制还不十分清楚,可能与基因转录后沉默有关。 下面是文献:植物抗病毒基因工程植物病毒病难以防治已成为植物界的“癌症”,给全球农业生产造成巨大的损失。有效地防治植物病毒病,减少经济损失,满足日益增长的世界人口需求。是农业生产当务之急。病毒分子生物学,植物基因工程的迅速发展,为筛选培育抗病、优质、丰产的新植物开辟了广阔的前景。自1986年,全球范围内兴起了多种利用分子生物学及基因工程研究成果防治植物病毒病害的策略,并成功地培育筛选出多种抗病毒的工程植物。 1.病毒外壳蛋白介导的基因工程抗病性 外壳蛋白是形成病毒颗粒的结构蛋白,它的功能是将病毒基因组核酸包被起来,保护核酸;与宿主互相识别,决定宿主范围;参与病毒的长距离运输等。1986年,美国的Beachy实验室的Powell-Abel等第一次将烟草花叶病毒外壳蛋白(TMV-Cp)基因插入修饰过的农杆菌质粒中,并置于花椰菜花叶病毒(CaMV)35S启动子下,经农杆菌侵染而将TMV-Cp基因转入烟草,并在烟草中表达TMV-Cp,分子生物学检测表明TMV-Cp基因已整合到烟草的基因组中,并能稳定地遗传给子代,在转基因烟草中TMV-Cp表达量占叶蛋白0.1%左右。攻毒试验表明:转基因烟草能够抑制TMV的复制,在一定程度上降低或阻止TMV的系统侵染;并延迟发病12~30天。这一突破性的研究成果标志着植物抗病毒基因工程的诞生。自此科学家继续用黄瓜花叶病毒(CMV),马铃薯病毒X和Y,大豆花叶病毒(SMV),苜蓿花叶病毒(AiMV)等病毒的外壳蛋白基因导入植物体后,均得到类似的实验结果,使转基因植物获得对该病毒的抗性。至今世界各地科学家已在15个病毒组中的30多种病毒中,证实了由病毒外壳蛋白介导的抗病性,许多抗性工程植物相继进入大田试验。目前认为外壳蛋白介导的抗病性是比较成熟的植物抗病毒基因工程策略,有人认为其机制是外壳蛋白在转基因植物中的积累干扰了病毒脱衣壳,从而抑制了病毒在植物体中的复制,转运与积累,但许多实验结果预示其机制的复杂性。 2.复制酶介导的抗病性 复制酶即特异性依赖于病毒RNA的RNA多聚酶。是病毒基因组编码的自身复制不可缺少的部分,特异地合成病毒的正负链RNA。1990年Golemboski等报道他们将TMVU1株编码的复制酶的一部分基因序列,即54kD蛋白基因转入烟草中得到的工程植株用很高浓度的TMVU1(500μg/mL)及TMV RNA(300μg/mL)接种时,均表现出很高的抗性,比一般转外壳蛋白基因的植物介导的植物抗病性高得多。后来豌豆早枯病毒54kD的蛋白基因和CMVFny RNA2编码的切去活性中心部位GDD(Gly-Asp-Asp)的复制酶部分基因片段转入烟草,均获得了高抗的工程植物。此外在马铃薯病毒X和Y中也报道了同样成功的研究结果。转入的这些基因均为切除了复制酶活性中心部位GDD核苷酸序列,大多数人认为表达的这些不稳定蛋白产物会干扰病毒复制过程中复制酶复合体的形成及其功能的行使,从而使工程植株具有抗病性。复制酶策略很有应用前景。 3.卫星RNA介导的抗病性 卫星RNA是独立于病毒基因组之外,依赖于其辅助病毒复制的小分子RNA,是病毒分子寄生物。我国田波实验室自1981年首次在国际上开展了利用卫星RNA防治病毒病害的研究工作,结果表明黄瓜花叶病毒(CMV)卫星RNA作为生物防治因子能有效地防治由强毒株系CMV引起的严重病害。1986年英国Baulcombe等首次将CMV I-17N卫星 RNA以双联体基因形式转入烟草,并得到抗CMV的工程植物。此后陆续将烟草环斑病毒和CMV的卫星RNA转入烟草和番茄中并得到抗病植株。一般认为由卫星RNA介导的抗病机制是卫星RNA与病毒RNA竞争复制酶,从而干扰病毒基因组的复制,使表达卫星RNA工程植株得到保护。因具卫星RNA的病毒数量很少,使卫星RNA介导的抗病性的应用受到限制。 4.反义RNA和核酶策略 反义RNA对基因表达具有一定的抑制作用,尤其在细菌中,与转录起始区互补的反义RNA最为有效。在真核生物中,与3′-末端序列互补的反义RNA有一定的抑制作用。Baulcombe等1987年和Cuozzo等1988年分别得到烟草环斑病毒的4个基因组RNA的反义序列和CMV-Cp反义序列的转基因植株。转基因工程株未获得对病毒的抗性或只表现微弱的抗性。Day等1991和Lindo等1992分别在双生病毒番茄金黄叶病毒和烟草蚀纹病毒上得到转反义RNA的抗性烟草。 核酶是一种高效特异的RNA内切酶,其结构包括一个几乎完全相同的17个高度保守核苷酸序列,其中有3对碱基配对形成的茎和环结构,整个结构很象一个锤头,具自我切割的活性,锤头结构是自身切割活性的结构基础。只要已知某一RNA的序列,就可以设计出用于不同目的核酶进行特异地切割。因为植物病毒大多数是RNA病毒,并且许多已被测序,可以设计出特定的核酶,切割病毒RNA基因,从而破坏其生存的功能,达到抗病毒的目的。目前由核酶介导的抗病毒策略也成功的报道。但是也存在一定的危险性,核酶也有可能将生物体内的有用的RNA作为耙子进行切割,破坏正常细胞的生理功能。以反义RNA和核酶介导的抗性还有待于进一步的研究。 5.复合基因策略 由外壳蛋白基因,缺损复制酶基因和卫星RNA介导的抗病性是比较成熟的研究策略。但这些工程植株抗病性有一定的局限性,例如转基因植物只抗一种病毒或抗亲缘关系较近的病毒。自然界中往往是几种病毒复合侵染植物。1990年Lawson将马铃薯病毒X和Y的外壳蛋白基因串联后转入马铃薯中,使转基因马铃薯表现出对这两种病毒的抗性。而且抗性高于转单一基因的对照植株。 6.其它抗病毒策略 封闭和干扰病毒的移动蛋白。病毒侵染植物体后,可以移动进行系统侵染,这种移动被认为是通过病毒编码的移动蛋白与胞间联丝相互作用,打开胞间联丝通道而进行的。封闭和干扰移动蛋白就可以限制病毒的扩散侵染。 植物抗体基因策略。1989年,Hiatt等将分泌特异性抗体的杂交瘤中得到的抗体的重链和轻链基因片段转入烟草,在转化株中表达了抗体的重链和轻链,通过表达重链和轻链的单株杂交,其后代体内得到完整的具有免疫活性的抗体。目前许多抗体基因在转基因植物体中得到表达,并用于防治植物病毒病。这表明动物的免疫系统同样能够在植物体内发挥抗病毒的作用。 缺陷RNA策略。Marsh等1991年在原生质体体系中发现缺陷型的雀麦花叶病毒RNA可以干扰野生病毒的增殖。缺陷干扰RNA在动物病毒中普遍存在,然而植物病毒中仅存在于Tombvirus和Carmovirus两个病毒组中,能干扰辅助病毒的复制,增强或减弱辅助病毒的症状由缺陷干扰RNA介导的抗病性还在探索中。 另外植物体自身的一些抗病毒的基因也被克隆,并用于抗病毒植物基因工程中。 目前随着植物分子生物学,植物生理学,病毒分子生物学的发展以及基因工程技术的不断完善,将会出现更有效更安全的抗植物病毒的策略。
20世纪后期,生物工程迅速发展,给人类生活带来了巨大的变化。有人说,生物工程给人类带来了更大的希望,也有人说,它也会相应给人类带来灾难。学者们众说纷纭,褒贬不一。其中,植物转基因工程更是如此。植物转基因工程就是指通过基因枪等基因工程手段,将一种或几种外源基因转移到原本不具有这些基因的植物体内,并使之有效表达,产生相应性状,这种具有相应性状的植物称之为转基因植物。1983年,第一例转基因植物———转基因烟草问世。从此,转基因植物的研究就以惊人的速度发展,人类看到了更大的希望。1986年,抗虫和抗除草剂的转基因棉花首次进入田间实验,此后转基因植物在全球范围内飞速发展,种植面积不断扩大,给人类带来了非常明显的经济效益。在这同时,人类也注意到了它可能潜在着的一系列危害,即可能对环境产生不利影响,影响到生物多样性的保护和持续利用,并且对人类健康也可能有潜在的危害。1转基因植物的利用植物转基因工程的目的旨在通过导入有用的外源基因,获得转基因植物,用于植物的改良和有效成分的生产。目前在抗除草剂、抗虫、抗病、控制果实成熟以及植物生物反应器等方面已获得了一系列令人鼓舞的成果。抗除草剂的转基因植物化学除草剂在现代农业中起着十分重要的作用,理想的除草剂必须具有高效、广谱的杀草能力,而对作物及人畜无害。但这样的除草剂成本越来越高,通过转基因技术,在作物中导入抗除草剂基因,获得抗除草剂作物,就能有效地解决这些问题,提高经济效益,使除草剂的应用更加方便。据报道,现已成功地获得了转aro A基因的番茄、油菜、大豆、杨树等,在田间试验中表现出对除草剂的良好抗性。抗虫的转基因植物虫害对农业生产的危害非常严重,如能在植物体内转入抗虫基因,使植物获得抗虫性,增加对虫害的抵抗力,将对农业生产具有重要意义。基于这个目的,人们现已成功地将苏云金芽孢杆菌(Bacillusthurigiensis)的毒蛋白基因转入了烟草、番茄、马铃薯、甘蓝、棉花、杨树等植物,使这些植物获得了抗虫性。抗病的转基因植物据报道,将烟草花叶病毒(TMV)、黄瓜花叶病毒(CMV)、马铃薯X和Y病毒(PVX和PVY)、大豆花叶病毒(SMV)、苜蓿花叶病毒(AIMV)等病毒的外壳蛋白基因导入不同的植物体后,这些植物均获得了对相应病毒的抗性,这有望应用于农业生产。抗逆的转基因植物68小分子化合物(如脯氨酸、甜菜碱、葡萄糖等)与植物忍受环境渗透胁迫的能力有关,人们若能将与脯氨酸或甜菜碱等合成有关的酶的基因克隆后转入植物,有望提高植物对干旱和盐碱等逆境的抗性。有报道说,人们现已成功地将相关基因转入了烟草、苜蓿、马铃薯等植物,使它们获得了对不同逆境的抗性。植物生物反应器生产药物蛋白生物反应器(bioreactor)是指利用生物系统大规模生产有重要商业价值的外源蛋白质,用于医疗保健和科学研究。将不同的基因转入植物,可使转基因植物产生植物抗体、口服疫苗、植物药物和人类蛋白质等。据报道,到目前为止,人们已成功地获得了4种具有潜在医疗价值的植物抗体。2转基因植物存在的潜在风险转基因作物对生态环境的潜在风险在耕地上栽种那些实验室里培育出来的转基因植物可能会对生态环境造成许多负面影响,转基因植物对非目标生物可能造成危害,转基因植物通过基因漂变对其它物种也可能产生有害影响。对人类健康的潜在危害转基因食品里的新基因可能对消费者造成健康威胁,因为转基因植物是在传统植物接受了动物、植物、微生物的基因的基础上形成的,所以很可能对人类健康产生影响。人们正在关注这样一些问题:毒性问题、过敏反应问题、对抗生素的抵抗作用问题、营养问题等。3展望20世纪末生物技术取得了突飞猛进的发展,其涉及面之广、进展之快乃前所未有。从1986年美国批准第一个转基因作物进行大田试验,至1999年4月,已有4987个转基因作物被批准进行大田试验。自1994年至1999年五年间转基因农作物的种植面积增加了23倍多。美国的转基因抗虫棉花的种植面积已占其棉花总种植面积的13%。从发展趋势看,转基因植物将向多元化发展,例如品质改良、高产、抗逆(抗旱、抗寒、抗低光照、耐盐碱、耐瘠薄等)的基因工程发展。随着转基因技术的深入发展,人们也将把转基因植物应用到医药化工领域,建立基因工厂,从而利用转基因植物生产各种化工原料和药品,摆脱传统化工厂对日益短缺的化工原料的依赖和生产过程中对环境的严重污染。在21世纪,科学技术更加透明,更加公平,人们需要更多、更大的知情权,所以,国际社会对这个问题给予了极大关注,各国政府也高度重视。争论本身就是推动社会前进的动力。通过争论,弄清是非,避免破坏性后果的发生,这将推动科学技术沿着健康的道路发展前进。任何科学技术都不应该滥用,但也不能扼杀能给人类和社会创造巨大财富的技术成果。在应用植物转基因工程技术中,人类应该像对待其它科学技术一样,扬长避短,全面、理性地看问题,把握尺度,使植物转基因工程更加健康地发展,造福全人类。
这次分享的文章是近期由,中科院何祖华研究员和美国俄亥俄州立大学/中国农业科学院植物保护研究所王国梁教授受邀在 Annual Review of Plant Biology 撰写题为 “Exploiting Broad-Spectrum Disease Resistance in Crops: From Molecular Dissection to Breeding” 的综述论文。文章分为两大部分,第一大部分1-3小节,主要是论述分子层面的抗病过程,第二大部分是4-5小节,提出了如何将BSR应用到育种过程中去,我主要关注的是第一大部分,后面的部分仅作了解。
Broad-spectrum resistance(BSR)是一个优良的性状因为它可以对超过一种病原菌或同一病原菌的大多数病原小种产生抗性。本文报道了不同物种BSR基因的鉴定和功能解析工作,并讨论了BSR在分子育种中的应用。
作物面临的病害有真菌,卵菌,细菌,病毒和线虫。
Broad-spectrum resistance(BSR): 植物能抵抗两种病原菌或对同一病原菌的多个病原小种产生抗性的。
Resistance(R) genes: 对病原菌产生抗性的基因,如编码表面受体(receptor-like kinases)的基因和细胞内受体NLRs(能直接或间接地检测同源的病原菌效应子)
Quantitative trait locus(QTL): 一段特定的染色体区域或负责生物体群体表型中数量性状变异的遗传位点。
Species-nonspecific broad-spectrum resistance(SNS BSR): 植物对多于一种病原菌产生抗性。
Race-nonspecific broad-spectrum resistance(RNS BSR): 植物对同一病原菌的多个小种产生抗性。
育种家早先使用单显性或隐性的R基因,因为它们效应强且容易选择。大多数基因具有对单一或少数病原菌的特异小种产生抗性;然而,致病菌种群的突变和毒力的转移使这些抗特异小种的R基因有效性很短,而由QTLs控制的部分抗病性通常没有小种特异性。尽管在同一遗传背景结合单一R基因和QTLs对抗病性是有效的,但是技术上是有难度的并且耗时长。因此,选择BSR就被提上了日程。
PTI和ETI。
PAMPs通常对于病原菌的生存是至关重要的并且进化上是保守的。植物的PRRs是膜定位的RLKs或RLPs。来自拟南芥,水稻和马铃薯的五个PRRs被报道是SNS BSR(T1)。拟南芥第一个RLK-PRR是FLS2,对包括假单胞菌在内的具有鞭毛蛋白细菌都有SNS BSR;在其他物种中异源表达FLS2增强了其对一些细菌的抗性。细菌的另一种PAMP,elf18,是EF-TU N端的抗原表位,被EFR识别,也作为一种SNS BSR蛋白来调节拟南芥对细菌病害的抗性。Xa21是作物中第一个RLK-PRR R基因,对Xoo和Xoc的大多数小种都有抗性。在柑橘、拟南芥、香蕉中异源表达Xa21增强了对多种细菌病害的抗性。水稻中包含Lysin motif的蛋白LYP4和LYP6是双功能PRRs,可以感知细菌肽聚糖和真菌几丁质,激活对细菌和真菌的抗性。拟南芥中RLP-PRR RLP23与LRR受体激酶SOBIR1和BAK1形成三聚体来调节微生物蛋白坏死和乙烯诱导(Necrosis and ethylene-inducing peptide 1-like protein,NLP)的免疫反应。因此可以说明,识别广泛的微生物模式的PRRs可能特别适合于设计作物免疫。
首次鉴定的SNS-BSR NLR蛋白是与拟南芥抗性相关的RRS1(RESISTANCE TO RALSTONIA SOLANACEARUM1)与RPS4(RESISTANCE TO PSEUDOMONAS SYRINGAE4),它们作为双重的R基因系统,对细菌和真菌都产生抗性。RPS4与RRS1成对工作,触发超敏反应(HR),对含有AvrRps4的丁香假单胞菌产生抗性。除了AvrRps4, RRS1/RPS4还能识别来自青枯菌的效应蛋白PopP2。此外,RRS1和RPS4都是抵抗真菌病原菌炭疽病所必需的,可能是通过识别一种未知的效应子。
Wall-associated kinases(WAKs): 植物的一类受体激酶,包含胞外的聚半乳糖醛酸结合结构域,跨膜结构域和胞内的Ser/Thr激酶结构域。
Defense-signaling genes: 在信号转导通路中发挥功能的基因,与病原菌的识别和防卫激活联系起来。
Pathogenesis-related(PR) genes: 在防卫响应下游的基因,负责抗菌类物质的产生。
NHR(Nonhost resistance): 植物对所有非适应性病原菌的抗病性;植物对大多数可能致病的微生物表现出的最常见的抗病性。
总共42个防卫信号基因被认为参与到SNS BSR抗性中(Supplemental Table1)。
MAPKs是众所周知的防御信号蛋白,它将防御信号从免疫受体传递到下游蛋白;例如,OsMAPK5负向调节水稻对细菌性病原菌 细菌性古枯病和真菌稻瘟病的抗性。OsMPK15负调控PR基因表达和ROS积累,osmpk15敲除突变体增强了对Xoo和多个稻瘟病小种的SNS BSR。
除了MAPKs,其他的激酶,如RLKs和RLCKs,也在SNS-BSR中发挥功能。两个水稻的WAKs,OsWAK25和OsWAK91,对于SNS BSR抗稻瘟病和白叶枯是重要的。
蛋白质泛素化介导的降解也在SNS BSR中发挥重要作用。水稻U-box E3基因Spl11(SPOTTED LEAF11)编码了细胞死亡的负调控因子,而spl11突变体增加了对稻瘟病和Xoo的SNS BSR。敲除SPIN6(SPL11-interacting Protein 6)也增强了植物对这两种病原菌的抗性。另一个多亚基E3泛素连接酶OsCUL3a (Cullin3a)通过靶向和降解OsNPR1(NONEXPRESSER OF PATHOGENESIS-RELATED 1)负调节细胞死亡和对稻瘟病和白叶枯的SNS BSR。OsBAG4是人BAG(Bcl2-associated athanogene)在水稻中的同系物,它与RING结构域的E3泛素连接酶EBR1(Enhanced Blight and blast)形成一个模块,控制程序性细胞死亡和SNS BSR对稻瘟病和白叶枯的抗性。
表观调控SNS BSR。如水稻中沉默HDT701(HISTONE H4 DEACETYLASE GENE 701)增强了对稻瘟病和白叶枯的抗性。
转录因子是植物免疫信号中关键的成分,在调控防卫基因表达中发挥重要的作用。如WRKY类转录因子,过表达OsWRKY45-1 or OsWRKY45-2激活了对稻瘟病的抗性但是抑制了对纹枯病的抗性,此外这两个转录因子在调控水稻对细菌的抗性中发挥相反的作用:OsWRKY45-1负调控水稻对Xoo和Xoc的抗性,而OsWRKY45-2正调控水稻对Xoo和Xoc的抗性。在拟南芥中,过表达NPR1增强了对细菌病原菌丁香假单胞菌和卵菌的SNS BSR,且这种抗性是有剂量效应的。值得注意的是,NPR1过表达会导致自发免疫和多效表型。
抗菌物质(保卫酶,防卫素,次级代谢物如植物抗毒素,ROS,胼胝质的沉积,细胞壁修饰和程序性细胞死亡)的产生通常受PR基因调控的,这在植物中是唯一的,并且对多种病原菌都有效。
这些PR基因的SNS BSR通常由过表达来实现,如在拟南芥中过表达CaAMP1(Capsicum annuum ANTIMICROBIAL PROTEIN1)增强了其对多种病原菌的抗性。
植物激素合成相关的蛋白也在BSR中发挥重要作用,如OsACS2(乙烯合成酶) 。过表达OsACS2增强了乙烯的产生,防卫基因表达,和对纹枯和大多数稻瘟病小种的抗性;但过表达OsACS2对农艺性状没有影响。
Susceptibility (S)gene: 促进感染过程或支持与病原菌感病性的任何植物基因。
S基因通常被病原菌靶向或诱导来负调控宿主抗病性。Xa5,编码TF IIA的γ亚基 ,是水稻中鉴定的第一个S基因和被发现负调节对Xoo和Xoc多个小种的SNS BSR。Xa13/OsSWEET11 编码一个糖运输蛋白,促进了细菌和真菌侵染,失活后增强了对Xoo和纹枯的抗性。
在水稻中克隆了Bsr-k1(BROAD -SPECTRUMRESISTANCE KITAAKE-1),发现其编码了一种肽重复结构域RNA结合蛋白,并且负调控SNS BSR。Bsr-k1敲除导致水稻苯丙氨酸解氨酶基因(OsPALs)表达上调,并且增强了水稻对稻瘟病和Xoo的抗性。
与主要的基因介导的抗性相比,QTLs控制的数量抗性通常被认为是非物种特异性的,且更持久。
Lr34/Yr18/Pm38编码一种ATP结合盒转运蛋白,该蛋白能部分抵抗小麦的叶锈病、条锈病和白粉病。
NHR是植物对大多数潜在致病性微生物表现出的最常见的抗病形式。第一个被分离的NHR基因是拟南芥的NHO1(NONHOST 1),它正调节对几种非宿主病原体的SNS BSR,如丁香假单胞菌和灰霉病菌。
水稻6号染色体上的Pi2/Pi9位点包含多个RNS-BSR基因,包括Pi2、Pi9、Pi50、piz-t和Pigm。
9个RNS-BSR R基因编码非NLR蛋白(补充表2);例如,水稻基因Xa4编码WAK蛋白,并在不影响粮食产量的情况下提供了对Xoo的持久的RNS BSR。在未接病的植物中,XA4激活纤维素合成酶基因CesA的转录,促进纤维素生物合成,抑制扩张素表达,增加植物细胞壁的机械强度,抑制Xoo侵染。
泛素化介导的信号通路通过激活NLRs和下游免疫信号从而在RNS BSR中发挥重要作用。水稻E3 OsBBI1(BLAST AND BTH-INDUCED 1)通过修改宿主细胞壁来对稻瘟病产生RNS BSR。过表达OsBBI1 增加了ROS,如H 2 O 2 的积累。水稻中另一种E3 OsPUB15与水稻稻瘟病的R蛋白Pid2互作,从而正调控细胞死亡和基础抗性,因此对稻瘟病有RNS BSR。
蛋白激酶类基因也参与RNS BSR。OsBRR1正调对稻瘟病的抗性;六倍体小麦克隆到的LecRK-V(L-type lectin receptor kinase V),在苗期和成熟期产生对白粉病的抗性。
Pyramiding: 通过遗传策略把两个或两个以上的基因结合起来形成优良品系或品种的过程。
Marker-assisted selection (MAS): 这是传统育种的一个补充工具,其中个体的选择取决于多态分子标记和性状之间的联系。
目前为止已鉴定五种S基因来传递 RNS BSR。Mlo是大麦中鉴定的第一个S基因,后来发现在几乎所有高等植物中都存在。MLO定位在膜上,包含保守的跨膜结构域和C端的钙调蛋白结合结构域。
水稻中的S基因,Pi21(QTL)编码富含脯氨酸的蛋白,有一个重金属结合结构域和蛋白互作结构域。pi21的隐性等位基因(在富含脯氨酸的motif上发生突变)对一些稻瘟病小种有RNS BSR。另一个水稻RNS-BSR S基因 Bsr-d1(Broad-spectrum resistance Digu 1) 编码C2H2类TF,在Bsr-d1启动子区一个单核苷酸的突变增强了与MYB转录因子 MYBS1的结合,抑制了Bsr-d1的表达,增强了对多个稻瘟病小种的抗性。一些S基因也在rice-Xoo的病理系统中起作用,包括Xa25/OsSWEET13和Xa41(t)/OsSWEET14,它们编码促进细菌侵染的糖转运蛋白,减少了对Xoo的RNS BSR
三个RNS-BSR QTL已在小麦、玉米和马铃薯中被克隆。小麦中的Fbb1,玉米中的ZmWAK-RLK,马铃薯的R8.
包含多个R基因的水稻通常比包含单个R基因的水稻抗谱要广。如,包含Pi2/Pi1, Pigm/Pi54,Pi2/Pi54, and Piz-t/Pi54对的水稻株系比只含单个R基因的抗性要好。使用MAS获得的Xa4、Xa21、Xa7、Xa23和Xa27聚合的优良水稻品种比只有一个基因的品系具有更广的抗性谱和更高的抗性水平。
当植物不受病原体侵袭时,通常严格控制植物基因的表达以避免自身免疫;然而,少数R基因的过表达可以激活免疫反应,产生抗多种病原菌的BSR,而不会引起高水平的细胞死亡。如使用不同的启动子,包括天然的WRKY13启动子和玉米ubi启动子,增加水稻R基因Xa3/Xa26的表达,可以增加对Xoo抗谱。过表达水稻PRRs OsLYP4和OsLYP6的使对Xoo和稻瘟病产生BSR。
利用防御信号和PR基因来设计BSR是可能的,因为它们通常在免疫受体的下游起作用。
使用TALEN/CRISPR靶向小麦的Mlo位点使得植物抗白粉病。番茄中,使用CRISPR敲除Mlo的同源基因SIMlo1导致抗白粉病。水稻中,CRISPR诱导的敲除Pi21的富含脯氨酸motif提供了对稻瘟病的RNS BSR,编辑三个SWEET基因的启动子区导致了籼梗稻中对所有测试的Xoo株系的BSR。
在水稻中,在多个地点混合种植两年的抗病和感病品种可以大大降低两个品种稻瘟病的严重程度。
pigm,bsr-d1,IPA1。
免疫受体、防御信号、PR和NHR基因等的过表达常常导致细胞死亡和侏儒表型。上游的开放阅读框,在5‘UTR区域,是翻译过程和mRNA周转强有力的顺势调控元件,在被子植物基因组中含量丰富。
BSR品种的广泛和长期种植可能会增加病原菌的选择压力,增加耐药群体的出现。建立用于评价不同品种抗病能力的自然病圃,也将有助于检验BSR基因的有效性。
将PRR和NLRs或QTLs结合,能够增强抗性水平和转基因的抗谱。
以前的研究表明,在一个金字塔中,一个R基因可能掩盖了其他基因的影响,这样一些R基因组合比其他组合提供更少的抗病性。含piz5和Pita的水稻抗病性低于单独含piz5的水稻。
活体性病原菌和死体性病原菌使用不同的策略:死体性病原体杀死宿主组织,因为它们在死细胞或垂死细胞的内容物上定植并茁壮成长,而活体性病原菌则依赖活的宿主细胞来完成它们的生命周期。在许多情况下,对活体性病原菌具有抗性的植物容易受到死体性病原菌的感染,反之亦然。
1.新品种BSR的选择是作物育种中重要的目标。
基因编码PRRs,NLRs和其他的防卫相关蛋白。
3.以QTLs、感病性丢失、非宿主抗性为基础的基因也涉及到BSR。
4.作物中长期的BSR能够通过不同的育种策略来实现。
5.低成本的定位策略,如RenSeq,能够应用到野生品种BSR基因的快速分离。
6.基因组编辑技术,如CRISPR,在BSR设计育种中发挥重要作用。
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基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于 20 世纪 70 年代诞生的一门崭新的生物技术科学。下面是由我整理的基因工程学术论文,谢谢你的阅读。 基因工程学术论文篇一 摘 要:基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于 20 世纪 70 年代诞生的一门崭新的生物技术科学。基因工程是一项很精密的尖端生物技术。可以把某一生物的基因转殖送入另一种细胞中,甚至可把细菌、动植物的基因互换。当某一基因进入另一种细胞,就会改变这个细胞的某种功能。这项工程创造出原本自然界不存在的重组基因。它不仅为医药界带来新希望,在农业上提高产量改良作物,并且对环境污染、能源危机提供解决之道,甚至可用在犯罪案件的侦查。基因工程的发展现状和前景是怎么样呢,而又有哪些利弊? 关键词:基因工程;发展现状;发展前景;基因工程利弊 一、基因工程 (一)基因工程的概念及发展 1.概念 基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术,是以分子遗传学为理论基础,以分子生物学和微生物学的现代方法为手段,将不同来源的基因按预先设计的蓝图,在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。 2.发展 生物学家于20 世纪50 年代发现了DNA 的双螺旋结构,从微观层面更进一步认识了人类及其他生物遗传的物质载体,这是人类在生物研究方面的一次重大突破。60 年代以后,科学家开始破译生物遗传基因的遗传密码,简单地说,就是将控制生物遗传特征的每一种基因的核苷酸排列顺序弄清楚。在搞清楚某些单个基因的核苷酸排列顺序基础上,进而进行有计划、大规模地对人类、水稻等重要生物体的全部基因图谱进行测序和诠释。 (二)基因工程的发展现状及前景 1.发展现状 (1)基因工程应用于农业方面。运用基因工程方法,把负责特定的基因转入农作物中去,构建转基因植物,有抗病虫害,抗逆,保鲜,高产,高质的优点。 下面列举几个代表性方法。 ①增加农作物产品营养价值如:增加种子、块茎蛋白质含量,改变植物蛋白必需氨基酸比例等。 ②提高农作物抗逆性能如:抗病虫害、抗旱、抗涝、抗除草剂等性能。 ③生物固氮的基因工程。若能把禾谷等非豆科植物转变为能同根瘤菌共生,或具固氮能力,将代替无数个氮肥厂。④增加植物次生代谢产物产率。植物次生代谢产物构成全世界药物原料的 25% ,如治疗疟疾的奎宁、治疗白血病的长春新碱、治疗高血压的东莨菪碱、作为麻醉剂的吗啡等。 ⑤运用转基因动物技术,可培育畜牧业新品种。 二、基因工程应用于医药方面 目前,以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快产业之一,前景广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。对预防人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子,在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。 并且应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试,并进入临床验证阶段;专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制,它可有目的地寻找并杀死肿瘤,将使癌症的治愈成为可能。 三、基因工程应用于环保方面 工业发展以及其它人为因素造成的环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力,基因工程技术可提高微生物净化环境的能力。美国利用DNA 重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的4 种菌体基因链接,转移到某一菌体中构建出可同时降解4 种有机物的“超级细菌”,用之清除石油污染,在数小时内可将水上浮油中的2/3 烃类降解完,而天然菌株需 1 年之久。90 年代后期问世的DNA 改组技术可以创新基因,并赋予表达产物以新的功能,创造出全新的微生物,如可将降解某一污染物的不同细菌的基因通过PCR 技术全部克隆出来,再利用基因重组技术在体外加工重组,最后导入合适的载体,就有可能产生一种或几种具有非凡降解能力的超级菌株,从而大大地提高降解效率。 (一)发展前景 基因工程应用重组DNA 技术培育具有改良性状的粮食作物的工作已初见成效。重组DNA 技术的一个显著特点是,它注往可以使一个生物获得与之固有性状完全无关的新功能,从而引起生物技术学发生革命性的变革,使人们可以在大量扩增的细胞中生产哺乳动物的蛋白质,其意义无疑是相当重大的。将控制这些药物合成的目的基因克隆出来,转移到大肠杆菌或其它生物体内进行有效的表达,于是就可以方便地提取到大量的有用药物。目前在这个领域中已经取得了许多成功的事例,其中最突出的要数重组胰岛素的生产。 重组DNA 技术还有力地促进了医学科学研究的发展。它的影响所及有疾病的临床诊断、遗传病的基因治疗、新型疫苗的研制以及癌症和艾滋病的研究等诸多科学,并且均已取得了相当的成就。 (二)基因工程的利与弊 1.基因工程的利 遗传疾病乃是由于父或母带有错误的基因。基因筛检法可以快速诊断基因密码的错误;基因治疗法则是用基因工程技术来治疗这类疾病。产前基因筛检可以诊断胎儿是否带有遗传疾病,这种筛检法甚至可以诊断试管内受精的胚胎,早至只有两天大,尚在八个细胞阶段的试管胚胎。做法是将其中之一个细胞取出,抽取DNA,侦测其基因是否正常,再决定是否把此胚胎植入母亲的子宫发育。胎儿性别同时也可测知。 基因筛检并不改变人的遗传组成,但基因治疗则会。目前全世界正重视发展永续性农业,希望农业除了具有经济效益,还要生生不息,不破坏生态环境。基因工程正可帮忙解决这类问题。基因工程可以改良农粮作物的营养成分或增强抗病抗虫特性。可以增加畜禽类的生长速率、牛羊的泌乳量、改良肉质及脂肪含量等。 2.基因工程的弊 广泛的基因筛检将会引起一连串的社会问题。虽然基因筛检可帮助医生更早期更有效地治疗病人,但可能妨碍他的未来生活就业。基因工程会产生“杀虫剂”的作物,也可能对大环境有害,它们或许会杀死不可预期的益虫,影响昆虫生态的平衡。转基因食品不同于相同生物来源之传统食品,遗传性状的改变,将可能影响细胞内之蛋白质组成,进而造成成份浓度变化或新的代谢物生成,其结果可能导致有毒物质产生或引起人的过敏症状,甚至有人怀疑基因会在人体内发生转移,造成难以想象的后果。转基因食品潜在危害包括:食物内所产生的新毒素和过敏原;不自然食物所引起其它损害健康的影响;应用在农作物上的化学药品增加水和食物的污染;抗除草剂的杂草会产生;疾病的散播跨越物种障碍;农作物的生物多样化的损失;生态平衡的干扰。 四、结束语 随着社会科技的进步,基因工程的发展将成为必然。尽管它会给我们带来一些危害但是仍然为我们带来了很多好处。不仅为我们提供了新的能源而且促进了各国的经济的发展,所以在我们发展基因工程的同时应该尽力避免一些危害,而让有利的方面尽可能应用。 参考文献: [1]陈宏.2004.基因工程原理与应用.北京:中国农业 出版社 [2]胡银岗.2006.植物基因工程.杨凌.西北农林科技大学出版社 [3]刘祥林.聂刘旺.2005.基因工程.北京:科学出版社 [4]陆德如.陈永青.2002.基因工程.北京:化学工业出版社 [5]王关林.方宏筠.2002.植物基因工程.北京:科学出版社 基因工程学术论文篇二 基因工程蛋白药物发展概况 【摘要】近些年,随着生物技术的发展,基因工程制药产业突飞猛进,本文就一些相关的重要蛋白药物的市场概况和研究进展作一概述。 【关键词】基因工程 蛋白药物 发展概况 中图分类号:R97 文献标识码:B 文章编号:1005-0515(2011)6-255-03 基因工程制药是随着生物技术革命而发展起来的。1980 年,美国通过Bayh-Dole 法案,授予科学家 Herbert Boyer 和 Stanley Cohen 基因克隆专利,这是现代生物制药产业发展的里程碑。1982 年,第一个生物医药产品在美国上市销售,标志着生物制药业从此走入市场[1]。 生物制药业有不同于传统制药业的特点:首先,生物制药具有“靶向治疗”作用;其次,生物制药有利于突破传统医药的专利保护到期等困境;再次,生物制药具有高技术、高投入、高风险、高收益特性;此外,生物制药具有较长的产业链[1]。生物制药业这一系列的特点决定了其在21世纪国民经济中的重要地位,历版中国药典收录的生物药物品种也是逐渐增多[2](图一)。 当前生物制药业的发展趋势在于不断地改进、完善和创新生物技术,在基因工程药物研发投入逐年增加的基础上,我国生物制药的产值及利润增长迅猛, 2006-2008年三年就实现了利润翻番[2](表一)。随着研究的深入,当前生物药的热点逐渐聚焦到通过新技术大量生产一些对医疗有重要意义且成分确定的蛋白上。研究表明,在我国的基因工程药物中,蛋白质类药物超过50%[3]。而这些源自基因工程菌表达的蛋白,如疫苗、激素、诊断工具、细胞因子等在生物医学领域的应用主要包括4个方面:即疾病或感染的预防;临床疾病的治疗;抗体存在的诊断和新疗法的发现。利用基因工程技术(重组DNA技术)生产蛋白主要有三方面的理由:1.需求性,天然蛋白的供应受限制,随需求的不断增加,数量上难以满足,使它得不到广泛应用;2.安全性,一些天然蛋白质的原料可能受到致病性病毒的污染,且难以消除或钝化;3.特异性,来自天然原料的蛋白往往残留污染,会引起诊断试验所不应有的背景[4]。 以下将介绍一些基因工程产物的市场概况和研究发展。 1 促红细胞生成素 是细胞因子的一种,在骨髓造血微环境下促进红细胞的生成。1985年科学家应用基因重组技术,在实验室获得重组人EPO(rhEPO),1989年安进(Amgen)公司的第一个基因重组药物Epogen获得FDA的批准,适应症为慢性肾功能衰竭导致的贫血、恶性肿瘤或化疗导致的贫血、失血后贫血等[5,6]。 2001年,EPO的全球销售额达亿美元,2002年达亿美元,2003年全世界EPO的年销售额超过50亿美元。创下生物工程药品单个品种之最,是当今最成功的基因工程药物。用过EPO的大多数病人感觉良好,在治疗期间无明显毒副作用或功能失调。重组体CHO细胞可以放大到生产规模以满足对EPO的需求。 2 胰岛素 自1921 年胰岛素被Banting 等人成功提取并应用于临床以来,已经挽救了无数糖尿病患者的生命。仅2000年,胰岛素在全球范围内就大约延长了5100万名I型糖尿病病人的寿命。20世纪80年代初,人胰岛素又成为了商业现实;80 年代末利用基因重组技术成功生物合成人胰岛素,大肠杆菌和酵母都被用作胰岛素表达的寄主细胞[7]。 国内外可工业化生产人胰岛素的企业只有美国的礼来公司、丹麦的诺和诺德公司、法国的安万特公司和中国北京甘李生物技术有限公司等,胰岛素类似物也仅在上述4个国家生产,且每个公司只能生产艮效或速效类似物巾的个品种,主要原因是要达到生物合成人胰岛素产业化的技术难度特别大,若无高精尖的高密度发酵技术、纯化技术和工业化生产经验是无法实现的[8]。 3 疫苗 在人类历史上,曾经出现过多种造成巨大生命和财产所示的疫症,而在预防和消除这些疫症的过程中疫苗发挥了十分关键的作用。所以疫苗被评为人类历史上最重大的发现之一。 疫苗可分为传统疫苗(t raditional vaccine) 和新型疫苗(new generation vaccine)或高技术疫苗( high2tech vaccine)两类,传统疫苗主要包括减毒活疫苗、灭活疫苗和亚单位疫苗,新型疫苗主要是基因工程疫苗。疫苗的作用也从单纯的预防传染病发展到预防或治疗疾病(包括传染病) 以及防、治兼具[2]。 随着科技的发展,对付艾滋病、癌症、肝炎等多种严重威胁人类生命安全的疫苗开发取得巨大进展,这其中也孕育着巨大的商业机会[9], 2007年全球疫苗销售额就已达到163亿美元,据美林证券公布的一份研究报告显示,全球疫苗市场正以超过13%的符合增长率增长。而我国是疫苗的新兴市场,国内疫苗市场发展潜力巨大,年增长率超过15%。 在以细胞培养为基础的疫苗、抗体药物生产中,Vero细胞、BHK21细胞、CHO细胞和Marc145细胞是最常用的细胞,这些细胞的反应器大规模培养技术支撑着行业的技术水平[4]。建立细胞培养和蛋白表达技术平台,进一步完善生物反应器背景下的疫苗生产支撑技术是当前国际疫苗产业研究的重点。 4 抗体 从功能上划分,抗体可分为治疗性抗体和诊断性抗体;从结构特点上划分,抗体可分为单克隆抗体和多克隆抗体。抗体可有效地治疗各种疾病,比如自身免疫性疾病、心血管病、传染病、癌症和炎症等[10,11]。抗体药物的一大特点在于其较低甚至几乎可以忽略的毒性。另外一个优势是,抗体本身也许既可被当作一种治疗武器,也可被用作传递药物的一种工具。除了全人源化抗体以外,与小分子药物、毒素或放射性有效载荷有关的结合性抗体也已经在理论上显示出了强大的潜力,尤其是在癌症治疗方面[12]。 治疗性抗体是世界销售额最高的一类生物技术药物,2008 年治疗性抗体销售额超过了300 亿美元,占了整个生物制药市场40%。在美国批准的99 种生物技术药物中,抗体类药物就占了30 种;在633 种处于临床研究的生物技术药物中, 有192 种为抗体药物,而在抗癌及自身免疫性疾病的治疗研究中,治疗性抗体占了一半[2]。截止2007年,美国FDA批准上市的抗体药物见表二[13]。 参考文献 [1] 章江益, 孙瑜, 王康力. 美国生物制药产业发展及启示[J]. 江苏科技信息. 2011, 1(5): 11-14. [2] 王友同, 吴梧桐, 吴文俊. 我国生物制药产业的过去、现在和将来. 药物生物技术[J]. 2010, 17(1): 1-14. [3] 吴梧桐, 王友同, 吴文俊. 21世纪生物工程药物的发展与展望[J]. 药物生物技术. 2000, 7(2): 65-70. [4] 储炬, 李友荣. 现代工业发酵调控学(第二版)[M]. 化学工业出版社. [5] Koury MJ, Bondurant MC. Maintenance by erythropoietin of viability and maturation of murine erythroid precursor cell[J]. Cell Physiol, 1988, 137(1):65. [6] Cuzzole M, Mercurial F, Brugnara C. Use of recombinant human Erthro-poietin outside the setting of uremia[J]. Blood, 1997, 89(12): 4248-4267. [7] 李萍, 刘国良. 最新胰岛素制剂的研究进展概述[J]. 中国实用内科杂志. 2003, 23(1): 19-20. [8] 张石革, 梁建华. 胰岛素及胰岛素类似物的进展与应用[J]. 药学专论. 2005, 14(11): 21-23. [9] 徐卫良. 生物制品供应链优化与供货提前期缩短问题研究――基于葛兰素史克(中国)疫苗部的实例分析(硕士学位论文). 上海交通大学, 2005. [10] Presta LG. Molecular engineering and design of therapentic antilodies[J]. Curr Opin Immunol, 2008, 20(4): 460. [11] Liu XY, Pop LM, Vitetta ES. Engineering therapeutic monoclonal antibodies[J]. Immunol Rev, 2008, 222: 9. [12] 陈志南. 基于抗体的中国生物制药产业化前景. 中国医药生物技术[J]. 2007, 1(1): 2. [13] 于建荣, 陈大明, 江洪波. 抗体药物研发现状与发展态势[J]. 生物产业技术. 2009, 1(3): 49.看了"基因工程学术论文"的人还看: 1. 高中生物选修三基因工程知识点总结 2. 高二生物基因工程知识点梳理 3. 浅谈基因工程在农业生产中的应用 4. 植物叶绿体基因工程发展探析 5. 关于蔬菜种植的学术论文
20世纪后期,生物工程迅速发展,给人类生活带来了巨大的变化。有人说,生物工程给人类带来了更大的希望,也有人说,它也会相应给人类带来灾难。学者们众说纷纭,褒贬不一。其中,植物转基因工程更是如此。植物转基因工程就是指通过基因枪等基因工程手段,将一种或几种外源基因转移到原本不具有这些基因的植物体内,并使之有效表达,产生相应性状,这种具有相应性状的植物称之为转基因植物。1983年,第一例转基因植物———转基因烟草问世。从此,转基因植物的研究就以惊人的速度发展,人类看到了更大的希望。1986年,抗虫和抗除草剂的转基因棉花首次进入田间实验,此后转基因植物在全球范围内飞速发展,种植面积不断扩大,给人类带来了非常明显的经济效益。在这同时,人类也注意到了它可能潜在着的一系列危害,即可能对环境产生不利影响,影响到生物多样性的保护和持续利用,并且对人类健康也可能有潜在的危害。1转基因植物的利用植物转基因工程的目的旨在通过导入有用的外源基因,获得转基因植物,用于植物的改良和有效成分的生产。目前在抗除草剂、抗虫、抗病、控制果实成熟以及植物生物反应器等方面已获得了一系列令人鼓舞的成果。抗除草剂的转基因植物化学除草剂在现代农业中起着十分重要的作用,理想的除草剂必须具有高效、广谱的杀草能力,而对作物及人畜无害。但这样的除草剂成本越来越高,通过转基因技术,在作物中导入抗除草剂基因,获得抗除草剂作物,就能有效地解决这些问题,提高经济效益,使除草剂的应用更加方便。据报道,现已成功地获得了转aro A基因的番茄、油菜、大豆、杨树等,在田间试验中表现出对除草剂的良好抗性。抗虫的转基因植物虫害对农业生产的危害非常严重,如能在植物体内转入抗虫基因,使植物获得抗虫性,增加对虫害的抵抗力,将对农业生产具有重要意义。基于这个目的,人们现已成功地将苏云金芽孢杆菌(Bacillusthurigiensis)的毒蛋白基因转入了烟草、番茄、马铃薯、甘蓝、棉花、杨树等植物,使这些植物获得了抗虫性。抗病的转基因植物据报道,将烟草花叶病毒(TMV)、黄瓜花叶病毒(CMV)、马铃薯X和Y病毒(PVX和PVY)、大豆花叶病毒(SMV)、苜蓿花叶病毒(AIMV)等病毒的外壳蛋白基因导入不同的植物体后,这些植物均获得了对相应病毒的抗性,这有望应用于农业生产。抗逆的转基因植物68小分子化合物(如脯氨酸、甜菜碱、葡萄糖等)与植物忍受环境渗透胁迫的能力有关,人们若能将与脯氨酸或甜菜碱等合成有关的酶的基因克隆后转入植物,有望提高植物对干旱和盐碱等逆境的抗性。有报道说,人们现已成功地将相关基因转入了烟草、苜蓿、马铃薯等植物,使它们获得了对不同逆境的抗性。植物生物反应器生产药物蛋白生物反应器(bioreactor)是指利用生物系统大规模生产有重要商业价值的外源蛋白质,用于医疗保健和科学研究。将不同的基因转入植物,可使转基因植物产生植物抗体、口服疫苗、植物药物和人类蛋白质等。据报道,到目前为止,人们已成功地获得了4种具有潜在医疗价值的植物抗体。2转基因植物存在的潜在风险转基因作物对生态环境的潜在风险在耕地上栽种那些实验室里培育出来的转基因植物可能会对生态环境造成许多负面影响,转基因植物对非目标生物可能造成危害,转基因植物通过基因漂变对其它物种也可能产生有害影响。对人类健康的潜在危害转基因食品里的新基因可能对消费者造成健康威胁,因为转基因植物是在传统植物接受了动物、植物、微生物的基因的基础上形成的,所以很可能对人类健康产生影响。人们正在关注这样一些问题:毒性问题、过敏反应问题、对抗生素的抵抗作用问题、营养问题等。3展望20世纪末生物技术取得了突飞猛进的发展,其涉及面之广、进展之快乃前所未有。从1986年美国批准第一个转基因作物进行大田试验,至1999年4月,已有4987个转基因作物被批准进行大田试验。自1994年至1999年五年间转基因农作物的种植面积增加了23倍多。美国的转基因抗虫棉花的种植面积已占其棉花总种植面积的13%。从发展趋势看,转基因植物将向多元化发展,例如品质改良、高产、抗逆(抗旱、抗寒、抗低光照、耐盐碱、耐瘠薄等)的基因工程发展。随着转基因技术的深入发展,人们也将把转基因植物应用到医药化工领域,建立基因工厂,从而利用转基因植物生产各种化工原料和药品,摆脱传统化工厂对日益短缺的化工原料的依赖和生产过程中对环境的严重污染。在21世纪,科学技术更加透明,更加公平,人们需要更多、更大的知情权,所以,国际社会对这个问题给予了极大关注,各国政府也高度重视。争论本身就是推动社会前进的动力。通过争论,弄清是非,避免破坏性后果的发生,这将推动科学技术沿着健康的道路发展前进。任何科学技术都不应该滥用,但也不能扼杀能给人类和社会创造巨大财富的技术成果。在应用植物转基因工程技术中,人类应该像对待其它科学技术一样,扬长避短,全面、理性地看问题,把握尺度,使植物转基因工程更加健康地发展,造福全人类。
植物保护专业本科毕业论文(设计)开题报告
紧张又充实的大学生活即将结束,大学生们马上就要开始最难熬的毕业设计阶段,而我们做毕业设计之前要先写好开题报告,快来参考开题报告是怎么写的吧!以下是我整理的植物保护专业本科毕业论文(设计)开题报告,欢迎大家借鉴与参考,希望对大家有所帮助。
毕业论文题目:
菌寄生真菌纤细齿梗孢蛋白酶基因的克隆与表达
姓名: xx 学号: xxxx
年级: xxx 专业: 植物保护
指导教师:姓名 xxx 职称 教授
学科 植物病理
山东农业大学教务处
20XX年x月x日
一、选题依据(拟开展研究项目的研究目的、意义)
菌寄生(Mycoparasitism)是发生在菌寄生真菌与寄主真菌之间的一种寄生方式,是自然界普遍存在的一种真菌与真菌之间的相互作用。一直以来,生物间相互作用及信号传导的分子机制,是当今生命科学研究的热门。利用菌寄生真菌与寄主真菌作为研究的模式系统来揭示生物相互之间的相互作用机制有重要理论和实践意义。李多川(Li,1996)先生发现纤细齿梗孢(Olpitrichum tenellum)和串珠镰刀菌(Fusarium moniliforme)的菌寄生关系以来,我们实验室试图通过研究纤细齿梗孢和串珠镰刀菌,来建立菌寄生真菌与寄主真菌相互作用机制研究的模式系统,从而揭示菌寄生真菌与寄主真菌之间相互作用的分子机制。纤细齿梗孢(Olpitrichum tenellum)是串珠镰刀菌的一种重寄生真菌,该菌是一种接触性活体重寄生菌,离体试验发现其分生孢子只有在串珠镰刀菌细胞壁提取物刺激下才能萌发。这说明两者之间的重寄生关系是建立在二者识别与互作的分子机制上的(Li,2004)。在纤细齿梗孢和串珠镰刀菌相互作用过程中,几丁质酶、蛋白酶等细胞壁裂解酶可能起到重要作用。其中,蛋白酶在木霉属菌寄生真菌中的功能已经得到初步证明,而纤细齿梗孢的蛋白酶的研究还未见报道。因此,克隆纤细齿梗孢蛋白酶编码基因对于从分子水平上研究重寄生真菌和寄主识别和互作机制有着重要的意义。
二、文献综述内容(在充分收集研究主题相关资料的基础上,分析国内外研究现状,提出问题,找到研究主题的切入点,附主要参考文献)
纤细齿梗孢(Olpitrichum tenellum)是李多川教授分离得到的一种活体营养接触型菌寄生真菌[1~3],其寄主包括Fusarium moniliformeAlternaria alternata等。近年来,我们实验室一直在努力以其为基础研究菌寄生真菌与寄主真菌之间的相互作用的分子机制。经过多年的研究,人们渐渐认识到真菌细胞壁蛋白在细胞与外界的相互作用过程中扮演着重要的角色。细胞壁蛋白研究已经成为生物间相互识别机制研究的热点。鉴于以上原因,我们实验室成功分离纯化了纤细齿梗孢的寄主之一Alternaria alternata菌丝细胞壁上的一种特异性糖蛋白——凝集素,并初步证明其在和孢子吸附过程中起到识别因子的作用[4]。近年来,菌寄生真菌细胞壁裂解蛋白酶在菌寄生过程中的作用被人们逐渐重视起来。克隆和表达菌寄生真菌的蛋白酶编码基因变得很有意义。本研究试图以菌寄生真菌纤细齿梗孢(Olpitrichumtenellum)作为研究材料克隆了其蛋白酶基因。根据氨基酸的保守序列设计兼并引物,然后采用RT-PCR和RACE是一个较为快速、简单和高效的方法。本实验根据同源保守序列设计兼并引物,通过RT-PCR及RACE-PCR的方法,克隆了蛋白酶的编码基因的全长cDNA序列,并对该基因进行了序列分析,为后续试验打下了基础。
由于Olpitrichum tenellum在离开寄主的人工培养基中很难生长,纯化其蛋白酶变得非常困难。因此,我们需要使用外源蛋白表达系统得到蛋白,进一步研究其性质,从而搞清楚其在重寄生过程中的作用。在过去的几十年间,随着DNA重组技术的不断发展,通过构建遗传工程菌株,人们可以较容易地使各种各样的天然酶的基因在微生物系统中高效表达,从而在很大程度上摆脱对天然酶源的依赖。
基因工程的表达系统有原核表达系统和真核表达系统两大类。在原核表达系统中,大肠杆菌表达系统是目前了解最深入,实际应用最为广泛的表达系统。与其他表达系统相比,大肠杆菌表达系统具有遗传背景清楚、目标基因表达水平高、培养周期短、抗污染能力强等特点。在基因表达技术中占有重要的地位,是分子生物学研究和生物技术产业化发展进程中的重要工具[5]。
Pichia pastoris基因表达系统经过十几年发展,已基本成为较完善的外源基因表达系统,具有易于高密度发酵,表达基因在宿主基因组中稳定整合,能使产物有效分泌并适当糖基化,培养方便经济等特点。利用强效可调控启动子AOX1,已高效表达了HBsAg、TNF、EGF、破伤风毒素C片段、基因工程抗体等多种外源基因[6],证实该系统是高效、实用、简便,能提高表达量并保持产物生物学活性的外源基因表达系统。表达系统在生物工程领域将发挥越来越重要的作用,促进更多外源基因在该系统的高效表达,提供更为广泛的基因工程产品[7]。
我们已经分离到蛋白酶的编码基因,本研究中将该基因的去掉信号肽序列的正确阅读框融合于原核表达载体pET-22b(+)和毕赤酵母表达载体pPIC9K上,分别转化 BL21及Pichia pastoris GSxx5,以期在这些菌株中有效表达该基因的编码产物,从而为以后功能研究打下基础。
1 李多川.1998.菌寄生真菌分子生物学研究进展.吉林农业大学学报,20:37~65.
2 21.李多川.1998.菌寄生真菌分子生物学研究进展.微生物学通报,25:345~347.
3 .李多川,沈崇尧.1997.菌寄生菌物与寄主菌物相互作用的研究进展.西北农业学报,6:94~98.
4 张成省,李多川,孔凡玉. alternata菌丝细胞壁凝集素的纯化与特性研究.植物病理学报,35(2):141~147.
5 .xx.何诚,朱运松.1998.甲醇营养型酵母表达系统的研究进展.生物工程进展,18:7~xx.
6 彭毅,杨希才,康良仪.2000.影响甲醇酵母外源蛋白表达的因素.生物技术通报,4:33~36.
7 韩雪清,刘湘涛,尹双.2003.毕赤酵母表达系统.微生物学杂志,3:35~40.
三、研究方案(主要研究内容、目标,研究方法、进度):
1、研究内容:
本课题选择纤细齿梗孢(Olpitrichum tenellum)做为研究对象,通过RT-PCR及RACE技术分离克隆了其丝氨酸蛋白酶基因,并进行原核及真核表达,并对其的性质进行了研究,为进一步的研究工作打下基础。
2、研究的目标:
克隆了纤细齿梗孢(Olpitrichum tenellum)的丝氨酸蛋白酶基因,进行原核及真核表达,并对其的性质进行了研究。
3、研究方法:
将纤细齿梗孢(Olpitrichum tenellum)接种到LB培养基上,培养14个小时后,收集菌丝,然后采用总Trizol法提取RNA。再从GenBank数据库中搜索到大量的蛋白酶氨基酸序列,并根据同源性进行分类,分别设计兼并引物。再通过RT-PCR、3’-RACE、5’-RACE获得全长cDNA、DNA克隆,并将其连接到载体上,然后采用电击法将将重组质粒转入到全长cDNA、DNA克隆中,通过透析纯化蛋白酶,最后研究其特性。
四、研究进度:
20xx年5月23日~20xx年5月29日 整理收集资料,并跟着研究生学习基本实验技术。
20xx年5月30日~20xx年6月18日 提取RNA,设计引物、全长cDNA、DNA克隆 。
20xx年6月19日~20xx年7月15日 转化大肠杆菌、毕赤酵母表达,获得纯纯产物,并研究其特性。
20xx年3月~20xx年6月 对实验结果不理想的实验重做,整理实验数据,完成毕业论文,并准备毕业答辩。
五、技术路线:
收集菌丝
总RNA提取
同源序列 设计引物
特性研究
RT-PCR、
3’-RACE、5’-RACE
纯化表达产物
全长cDNA、DNA克隆 转化大肠杆菌、毕赤酵母
四、进程计划(各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度)
20xx年5月23日~20xx年5月29日 整理收集资料,并跟着研究生学习基本实验技术。完成实验的1%。
20xx年5月30日~20xx年6月18日 提取RNA,设计引物、全长cDNA、DNA克隆。完成实验的50%。
20xx年6月19日~20xx年7月15日 转化大肠杆菌、毕赤酵母表达,获得纯纯产物,并研究其特性。完成实验的95%。
20xx年3月~20xx年6月 对实验结果不理想的实验重做,整理实验数据,完成毕业论文,并准备毕业答辩。完成100%。
五、导师对文献综述的评语
签字:
20xx年xx月xx日
六、专业意见
专业主任签字:
20xx 年 月 日
七、学院意见
学院(章): 负责人签字:
20xx年xx月xx日
摘要:
针对目前浙江农林大学植物保护研究法实验教学方法、内容及手段等方面存在的一系列问题,提出了相关改革对策:优化实验课程内容,整合实验模块,学生自行设计实验方案等教学方法和手段的改革,以及课程考核方式和时间安排的调整,旨在培养学生的科研兴趣及创新能力。
关键词:
目前,国内外很多农业院校的植物保护专业均开设了昆虫研究法和植病研究法课程。为优化本科培养方案,浙江农林大学通过调整教学大纲,将植病研究法、昆虫研究法和农药研究法合并成一门植物保护研究法课程。植物保护研究法是植物保护专业重要的专业限选课程之一,是植物保护研究的重要组成部分,也是培养和提高学生专业实验技能和学习兴趣的重要课程,是一门专业性、实践性很强的实验学科。通过这门课程的教学,能使学生掌握植物保护研究的基本方法及基本原理,培养植物保护研究常规操作能力,以及查阅资料、设计实验方案和实际操作能力,提高学生的逻辑思维、整理资料、总结归纳和论文撰写的能力。笔者分析了浙江农林大学植物保护研究法实验教学中存在的问题,提出教学改革内容,并总结了改革成效。
1.实验教学存在的问题
传统实验教学的弊端传统实验教学的主要特征是“灌输式”“填鸭式”,学生在2个小时的实验过程中就是简单地按照实验指导书和实验大纲中的实验方法和步骤依葫芦画瓢,实验完成后,又按照统一的模式填写实验报告。在整个实验过程中,学生无需独立思考和分析,更谈不上发挥创新能力了。因此,很难让学生对实验产生兴趣,培养学生的创造性思维就更无从谈起了。虽然这种传统实验模式简明、清晰,有利于学生对相关结论的认可、理解和记忆,也有利于教师对整个教学过程的控制,教师和学生很轻松愉快地就能完成实验教学任务。学生走上工作岗位后,传统实验教学的弊端立即显现。学生缺乏设计实验的能力,在实验过程中缺乏发现问题、分析问题和解决问题的能力,实验后缺乏正确分析实验结果的能力。因此,传统的实验教学模式急需改革。
实验教学内容系统性不强植物保护研究法是植物保护专业本科学生的一门专业课程,其涉及的内容有昆虫研究法、植病研究法和农药研究法。在以往的实验课程中,只是简单地把这3门课的实验合在一起上,并没有把内容紧密联系在一起,如昆虫实验时,指导教师一般是教授昆虫学科的教师;而在进行植病实验时,则由讲授植病学科的教师指导。这样的实验模式难以使植物病虫害系统联系起来,学生学习专业知识不够系统和深入,容易造成理解上的片面性和孤立性,不利于掌握该专业的系统知识和技能。
实验考核不科学以往实验课程成绩评定的主要依据是实验报告,而每次实验课结束后,学生递交的实验报告只是把实验大纲(包括实验口的、原理、仪器与试剂、内容及方法)原文不动地抄一遍,实验结果更是千篇一律,这样实验就变成了预演过程,学生在实验中缺乏思考,不利于培养发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力,背离了实验课教学的初衷。同时,还会导致每位学生的实验成绩差异微乎其微,不具有良好的区分度。
2.教学改革内容
重视教学环节在以往的实验课程中,实验教学所需要的实验用具和材料大多数都是实验教辅人员提前准备,导致他们的工作量非常大。让学生参与实验材料的准备和管理,一方面提高了教辅人员的工作效率;另一方面可以让学生对实验过程有全面了解,获得整个科研实践过程的训练,从而养成好的实验习惯,在未来的科研工作中做到计划周密、有条不紊地安排和实施实验计划。同时,在实验教学过程中,必须教育学生认真操作、仔细观察、实事求是地记录实验结果,并对实验进行科学分析。一日_发现弄虚作假的学生,一定要严厉批评,同时帮助他们分析失败的原因,找出解决的方法,有条件的情况下,让其重新做实验,让学生充分意识到科学研究允许失败,但是不能有半l从虚假。提高学生的实践能力实践教学是培养和训练学生实践操作能力,独立分析问题、解决问题能力的重要手段,尤其对于学生创新能力的培养,具有其独特的地位和作用。该项口分别以某种农作物病虫害为主轴展开一系列的实践性实验教学,要求学生自主设计实验和执行各项实验内容,指导教师负责答疑和提供技术帮助。学生通过自己分组、调查、取样、鉴定、查阅资料、讨论制订实验方案和动手实验等一系列步骤,不仅可以很好地将课堂上所学的理论知识与实践相结合,而且还有助于提高自学能力、实践能力和团队协作能力,进一步培养科学思维和创新能力。优化实验教学内容结构将整个实验课程设置成一个综合性的大实验:分别以某个农作物上的病虫害发生规律及防治措施贯穿整个课程。将口前昆虫研究法的昆虫标本的采集与制作、昆虫人工饲养技术、昆虫生态学研究方法、昆虫生理生化研究方法、昆虫分子生物学研究方法和害虫综合治理研究方法5个实验和植病研究法的植物病害调查、植物病原菌分离与鉴定技术、植物病原菌分子生物学鉴定技术、植物病原真菌遗传转化技术和植物病害综合治理技术5个实验合并成1个综合性大实验,将植物病虫害研究以故事的形式紧密地整合在一起,让学生将课堂知识与田间实际应用有机地联系在一起,加深对理论知识的理解,提高学习兴趣。整个实验就是以具体的作物病虫害发生为时间轴,具有很强的连贯性和系统性,学生只有认真完成每一个实验,才能很好地保证后续实验的顺利进行,有助于增强学生的责任感和团队合作精神,同时也改变了学生实验报告千篇一律的`现象。改革成绩评定方式实验课成绩一方面是对学生实验完成好坏的肯定,另一方面也对学生起到了一定的督促作用。为了做到对学生的全面评价,实验成绩除实验报告和考勤成绩外,应将实验过程中学生的学习主动性、动手操作能力、实验结果记录规范性量化纳入成绩考核。在实验过程中,教师应主动观察并记录每个学生的实际动手、操作能力,量化后按一定比例记入总成绩,对那些既有独立操作能力,又有创新意识的学生,适当给予创新学分。实验过程中,学生是否遵守实验室规则、是否具有团队合作精神,实验结束后,学生是否打扫卫生、是否清洗实验器材等,这些看似小问题,但也体现着一个人的品质和素养,做得好的学生也可以适当加分。
3.改革成效
提高学生的专业技能及其对专业知识重要性的认识学生能在同一时间完成植病研究法、昆虫研究法和农药研究法3门实验课程,体现了实验课程很强的连贯性和系统性。学生在实践过程中将这3门课程的相关内容紧密、有机地联系起来,对植物病虫害防治有了更深入的认识,同时也提高了学生的专业技能及其对专业知识重要性的认识。在实验的过程中,强调把学生的动手能力放在首位,让学生更多地参与到实验中,切身体会到所学专业的意义。
培养学生发现、提出、分析和解决问题的能力植物保护研究法实验教学模式具有系统化和整体化特点,同时涉及昆虫研究法、植病研究法、农药研究法等相关学科课程。在实验过程中,学生在对病虫害的认知及其防治等问题的处理上始终处于主体地位,在独立思考、查找资料、咨询专业教师、综合分析之后,拟定出具体的处理方案,能够融会贯通地掌握植物保护学科的理论知识和基本实践技能。
提高指导教师的业务水平新的实验教学模式综合运用了3门相关课程的理论知识,加强了课程的综合实践环节,因此指导教师自身的知识面、操作技术、实践应用和协调能力都需要提升。所以,这种实验教学模式促使教师在教学过程中同学生一起不断学习,丰富专业理论知识,完善专业实践体系,提高发现、提出、分析和解决问题的能力,了解和掌握学科及相关学科的发展动态、研究的新进展、出现的新技术,从而提高了指导教师的业务水平。
4.结语
植物保护研究法在植物保护专业2013级和2014级本科生实验课程教学中进行了实践,通过问卷调查,95%的学生认为在实验过程中有较多的动手机会,激发了自己对实验的兴趣,提高了自己分析和解决问题的能力。因此,认为该教学方法可以发挥学生的主观能动性、拓展学生的科研思路、激发学生的创新创造力和提高学生的独立应用实践能力,具有良好的教学效果。
植物保护的问题及对策论文
摘 要 :生态社会构建过程中,植物保护是基础性工作。我国生态环境较为复杂,地形特点多种多样,决定我国植物种类的多样性,而这却给植物保护工作带来较为复杂的工作形式和工作内容。农业科学技术不断发展,我国植物保护工作在复杂性的基础上又面临新问题。基于此,针对这些问题进行研究,以期找出相应的解决对策。
关键词:
关键词: 植物保护; 生态环境; 物种类别
社会经济快速发展,人们生活水平不断提高,但生活环境却遭到严重破坏。在我国多样化生态环境中,植物保护工作较为复杂。现对我国在植物保护工作方面的现状进行分析,找出解决问题的对策,进而达到保护我国生态环境的目的。
1 植物保护的重要性
植被植物可以减少地表水流量、减缓水流速、防风固沙。社会经济不断发展,人们对生活环境的质量要求越来越高,植物开始在原有防风固沙的基础上,上升到具有美化、绿化环境,遮阳、降热、防尘、净化空气等功能。但植物本身会受到病虫害、自然灾害等,当遇到这些问题时,如果没有及时进行保护,会使得植物丧失一定的功能,且会给人的生存环境带来一定的影响。
2 植物保护中遇到的`问题
重视不足 相关部门重视度不足是导致植物保护工程出现问题的关键原因。因重视度不足,会直接导致植物保护资金投入不足,人员投入不足,自然而然植物保护工作就做不到位。此外,对植物保护知识的宣传力度不足,广大市民意识不到植物保护的重要性。当前,我国的植物绿化工作多采用承包管理形式,各个承包者独立进行绿地的维护及养护工作。当遇到植物病虫害发生时,无法做到统一防治,缺少防治技术指导,防治效果不理想。
粮食要增产致使病虫害发生 在人均耕地面积较少的前提下,为提高粮食产量,选择优良品种、先进种植技术。为粮食增产,大量使用封闭农药,除草剂,而这些产品有时候并没有经过国家有关部门安全监测,致使药物残留。另外,开荒地是近几年农村地区的发展趋势,这都在一定程度上增加植物病虫害的发生,植物保护工作越来越困难。
气候异常导致病虫害发病更加复杂 近年来,全球经济变暖,很多地方均出现一些极端的气候条件,这些地区植物病虫害发生较为严重,病虫害因气候的变化也发生相应的变异。如,小麦的赤霉病及水稻的稻瘟病发生较为频繁,且愈发严重。一些高原地区的小麦也发生条锈病等危害。这些问题的出现都在一定程度上加大了我国农作物保护的难度。此外,科学技术不断发展,农作物的耕种技术发生较大变化,这一耕种方式改变了病虫害发生的规律,可能使之前危害较小的病虫害严重化,这些都大大增加病虫害监测防控的难度。
农产品的质量隐患 现如今,食品安全问题层出不穷,越来越多的人开始关注食品安全。并且,因农产品竞争激励,许多国家纷纷提高农产品进口的门槛,对农药残留的标准进行新的制定,这对我国农产品的出口带来较大阻力。今后要更加科学地对农作物进行保护,加强对农产品质量安全的监管。同时,为确保农产品的质量安全,也对植物保护工作提出更高的要求。
3 植物保护的对策
提高重视,加强宣传 首先,相关部门应当给予植物保护足够的重视,明确各个部门的职能归属,加强统一管理。加强各个部门之间的协同合作,通过制定相应地法律、法规,建立健全病虫害的防护机制。此外,加强宣传,定期组织植物保护的宣传讲座,让更多的人意识到植物保护的重要性。
加强植物保护科研工作 植物保护过程中,需要结合病虫害的发生规律进行分析,还需要结合天气、土壤、植物等生长情况预测病虫害的发生。此外,加强植物保护研究实验室的建设,对较为常见的病虫害进行试验研究,提高防治技术和策略。
生态治理有害生物 在我国,植物病虫害的防治普遍以化学农药防治为主,但是这一传统的防治方法在防治某一病虫害的同时,也会毒死有害生物的天敌,且对环境易造成污染。另外,化学药物防治会使得植物病虫害产生抗药性,不仅影响防治效果,且对农产品质量安全、环境安全等一系列问题都造成影响。
倡导绿色植保防治技术 为保障食品安全方面的要求,在农业生产过程中,应切实推进植物保护工作的深度改革,把生产绿色健康食品作为农业生产的重要目的。围绕生产绿色健康食品开展各项农业生产活动,保证植物绿色保护技术广泛开展。这样,不仅从根本上保障食品安全,保证植物生产过程中对环境的不利因素被有效控制。
参考文献
[1] 南中益. 植物保护存在的问题与应对策略. 科学之友,2012(4).
[2] 高俊峰. 我国植物保护的问题与展望. 生物技术世界,2012,5(11).
自1983年首次获得转基因烟草和马铃薯以来,近十年来植物基因工程的研究和发展非常迅速。种植了100多种植物,包括水稻、玉米、土豆、棉花、大豆、油菜、亚麻、向日葵和经济作物西红柿、黄瓜、芥菜、甘蓝、花椰菜、胡萝卜、茄子、生菜、芹菜和其他蔬菜作物; 苜蓿、白三叶草; 苹果、核桃、李子、木瓜、瓜类、草莓和其他水果; 矮牵牛、菊花、康乃馨、加兰花和其他花卉和杨树品种。应该说,转基因植物取得了令人鼓舞的突破。在中国,粮食和豆科作物在农业生产中占有重要地位。现以水稻和大豆为例,介绍植物基因工程的新进展。
欧美对转基因食品是完全对立的。一般说来,美国人认为现在的转基因食品是安全的,而且已经食用了十年以上。很多欧洲消费者现在还不能接受转基因食品。这不仅是一个安全问题,有很多混杂的因素。目前,科学研究尚未发现已上市的转基因食品存在着不安全的问题。我们国家现行的管理规定是要经评价并且进行标识。 食品安全性是转基因植物安全性评价的一个重要方面。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。如转病毒外壳蛋白基因的抗病毒植物及其产品与田间感染病毒的植物生产的产品都带有外壳蛋白,这类产品应该认为是安全的。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。 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。 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。
(一)转基因问题已经涉及到我国民生问题,很多人不同意转基因,而出现各种互喷,违背道德正义,甚至违反法律(今年我国部分地区玉米农因转基因谣言掉下的眼泪),转基因被人用嘴魔化可能会阻碍中国科技的发展,导致中国再次落后于世界。我们应该正确的认识转基因。(二)第一:安全性①什么是转基因?转基因技术就是将人工分离和修饰过的基因导入到目的生物体的基因组中,从而改造生物的现代分子生物技术。转基因技术的理论基础来源于进化论衍生来的分子生物学。基因片段的来源可以是提取特定生物体基因组中所需要的目的基因,也可以是人工合成指定序列的DNA片段。DNA片段被转入特定生物中,与其本身的基因组进行重组,再从重组体中进行数代的人工选育,从而获得具有稳定表现特定的遗传性状的个体。简单的说转基因是用一种基因感染另一种基因,进行基因组重组,根据人类的要求所自行调整。②安全性。对于转基因安全与否还有待考证。由于转基因食品中有些成分是传统食品中从来没有的。现代生物技术将其他生物基因转入植物,将病毒、细菌和非食物品种的外源基因,以及标记基因中的抗生素抗性基因等引入食用作物,都是传统育种技术无法实现的。再者,现代遗传工程学还比较年青,谁也说不清这些遗传改变将来会产生什么后果。因此,各国对这类食品的安全检验要求比用传统方法培育生产的更加严格。截至2013年,国际上普遍采用的是以实质等同性原则为依据的安全性评价方法。第二:优缺点①优点。转基因食品有较多的优点:可增加作物产量;可以降低生产成本;可增强作物抗虫害、抗病毒等的能力;提高农产品耐贮性。例如:转基因食品——土豆;缩短作物开发的时间;摆脱四季供应;打破物种界限,不断培植新物种,生产出有利于人类健康的食品。②缺点。转基因食品也有缺点:所谓的增产是不受环境影响的情况下得出的,如果遇到雨雪的自然灾害,也有可能减产更厉害。同时在栽培过程中,转基因作物可能演变为农田杂草;可能通过基因漂流影响其他物种;转基因食品可能会引起过敏等。第三:民意调查①网络争执。关于转基因食品安全性的争论,近期再次蹿红网络。原央视著名主持人崔永元和打假斗士方舟子的一场微博论战引来网络围观。从转基因发始,就有跟多关于转基因的谣言,科学家也用有力的证据证明转基因的清白。(如发生在1998年的普斯泰案)②民意说法。1.转基因食品安全既是科学问题,也是社会问题,公众有质疑的权力。将质疑等同于“传谣”,逻辑太霸道。2.转基因食品存在安全风险,“实质等同”不等于“实质安全”。传统食品同样需要监管,申请专利和食品安全是两个问题.反驳乏力。
基因工程技术的现状和前景发展 【摘要】从20世纪70年代初发展起来的基因工程技术,经过30多年来的进步与发展,已成为生物技术的核心内容。许多科学家预言,生物学将成为21世纪最重要的学科,基因工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一。基因工程研究和应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域。【关键词】基因工程技术;前景;现状一、基因工程应用于植物方面 农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。农作物生物技术的目的是提高作物产量,改善品质,增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。由于植物病毒分子生物学的发展,植物抗病基因工程也也已全面展开。自从发现烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白基因导入烟草中,在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状,通过导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力,已用多种植物病毒进行了试验。在利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面,也已取得很大进展。植物对逆境的抗性一直是植物生物学家关心的问题。由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战,耐涝、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品种(系)也已获得成功。植物的抗寒性对其生长发育尤为重要。科学家发现极地的鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长,从而免受低温的冻害并正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来,导入植物体可获得转基因植物,目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。随着生活水平的提高,人们越来越关注口味、口感、营养成分、欣赏价值等品质性状。实践证明,利用基因工程可以有效地改善植物的品质,而且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域,近几年利用基因工程改良作物品质也取得了不少进展,如美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获取蛋白质合成基因,成功地导入到马铃薯中,培育出高蛋白马铃薯品种,其蛋白质含量接近大豆,大大提高了营养价值,得到了农场主及消费者的普遍欢迎。在花色、花香、花姿等性状的改良上也作了大量的研究。二、基因工程应用于医药方面目前,以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快的产业之一,发展前景非常广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上,基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子,在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。 目前,应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试,并进入临床验证阶段;专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制,它可有目的地寻找并杀死肿瘤,将使癌症的治愈成为可能。由中国、美国、德国三国科学家及中外六家研究机构参与研制的专门用于治疗乙肝、慢迁肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的体细胞基因生物注射剂,最终解决了从剪切、分离到吞食肝细胞内肝炎病毒,修复、促进肝细胞再生的全过程。经4年临床试验已在全国面向肝炎患者。此项基因学研究成果在国际治肝领域中,是继干扰素等药物之后的一项具有革命性转变的重大医学成果。三、基因工程应用于环保方面工业发展以及其它人为因素造成的环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力,已成为人们十分关注的问题。基因工程技术可提高微生物净化环境的能力。美国利用DNA重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的4种菌体基因链接,转移到某一菌体中构建出可同时降解4种有机物的“超级细菌”,用之清除石油污染,在数小时内可将水上浮油中的2/3烃类降解完,而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢杆菌、且表达成功。它能钉死蚊虫与害虫,而对人畜无害,不污染环境。现已开发出的基因工程菌有净化农药的DDT的细菌、降解水中的染料、环境中有机氯苯类和氯酚类、多氯联苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸药的工程菌及用于吸附无机有毒化合物(铅、汞、镉等)的基因工程菌及植物等。90年代后期问世的DNA改组技术可以创新基因,并赋予表达产物以新的功能,创造出全新的微生物,如可将降解某一污染物的不同细菌的基因通过PCR技术全部克隆出来,再利用基因重组技术在体外加工重组,最后导入合适的载体,就有可能产生一种或几种具有非凡降解能力的超级菌株,从而大大地提高降解效率。四、前景展望由于基因工程运用DNA分子重组技术,能够按照人们预先的设计创造出许多新的遗传结合体,具有新奇遗传性状的新型产物,增强了人们改造动植物的主观能动性、预见性。而且在人类疾病的诊断、治疗等方面具有革命性的推动作用,对人口素质、环境保护等作出具大贡献。所以,各国政府及一些大公司都十分重视基因工程技术的研究与开发应用,抢夺这一高科技制高点。其应用前景十分广阔。我国基因工程技术尚落后于发达国家,更应当加速发展,切不可坐失良机。但是,任何科学技术都是一把“双刃剑”,在给人类带来利益的同时,也会给人类带来一定的灾难。比如基因药物,它不仅能根治遗传性疾病、恶性肿瘤、心脑血管疾病等,甚至人的智力、体魄、性格、外表等亦可随意加以改造;还有,克隆技术如果不加限制,任其自由发展,最终有可能导致人类的毁灭。还有,尽管目前的转基因动植物还未发现对人类有什么危害,但不等于说转基因动植物就是十分安全的,毕竟这些东西还是新生事物,需要实践慢慢地检验。转基因生物和常规繁殖生长的品种一样,是在原有品种的基础上对其部分性状进行修饰或增加新性状,或消除原来的不利性状,但常规育种是通过自然选择,而且是近缘杂交,适者生存下来,不适者被淘汰掉。而转基因生物远远超出了近缘的范围,人们对可能出现的新组合、新性状会不会影响人类健康和环境,还缺乏知识和经验,按目前的科学水平还不能完全精确地预测。所以,我们要在抓住机遇,大力发展基因工程技术的同时,需要严格管理,充分重视转基因生物的安全性。【参考文献】[1]楼士林,杨盛昌,龙敏南,等.基因工程[M].北京:科学出版社,2002.[2]李庆军,董艳桐,施冰.植物抗虫基因的研究进展[J].林业科技,2002,27(2):22 26. 这还有一篇
、评价药用植物种质优劣的标准、种的关系等4,。结果和结论:,,种质资源研究特别是种,因此需要投入更多力量加以研究。药物开发药用植物资源的开发是一项旨在防病治病、提高人类健康水平的科学事业。近年来,随着人们生活水平的不断改善和全球范围“回归大自然”呼声的日益高涨,国内外出现了一个药用植物资源开发热。药用植物除被更有效的用作中药材或提供制药原料外,也被广泛用于保健食品、饮料、调味剂、香料、化妆品、植物性农药、禽畜用药等诸多新领域。这种令人鼓舞的形势给作为药材生产源头的药用植物种质资源的研究注入了巨大的活力,也提出了更高的要求。1种质资源遗传多样性在药用植物开发中的重要意义111“药用植物种质资源”的概念的“种质资源”通常是就某一具体物种而言的,是包括栽培品种(类型)、野生种、近缘野生种和特殊遗传材料在内的所有可利用的遗传材料。种质资源研究的主要内容,是对作物品种(类型)进行的考察与收集、鉴定与评价、保存和应用以及遗传学基础、起源和演化的研究。其中种质资源的遗传多样性(geneticdiversity)研究,是当今种质资源研究的热点[1],是收集、保存、评价和利用作物品种的依据,也是研究作物起源、演化的基础。因此,药用植物种质资源遗传多样性的研究对药用植物开发具有十分重要的意义。112种质资源遗传多样性是药用植物种质鉴定的基础遗传多样性是种内所有生物个体全部基因和染色体变异的总和。种下的遗传分化即基因或染色体的变异有不同的表现形式,既有不同结构水平的遗传多样性:如生物体的形态结构、染色体的核型、DNA的碱基差异等,又有生理、生化、生长发育等不同功能上的遗传多样性。人们依据这些变异的大小和遗传关系将种质资源划分成“变种variety”、“变型form”和“化学宗chemicalrace”;或“农家类型landingrace”、“品种variety”“、品系line”等。例如,我国的樟・579・“种质资源”是农业上作物育种学经常使用的术语“,种质germplasm”一词来源于德国著名遗传学家魏斯曼(Weismann)1892年所提出的“种质论”,认为“种质遗传物质,不受环境的影响并产生“体质”。“药用植物的种质资源”是泛指一切可用于药物开发的植物遗传资源,是所有药用植物物种的总和。我国拥有世界上最丰富的药用植物物种资源,1995年全国中药资源普查结果表明,已被应用的植物来源的中药有11,118种(包括1,208个种下单位)。狭意中国中药杂志1998年第23卷第10期树Cinnamomumcamphora(L.)Presl可划分成主含樟脑的本樟、主含黄油素的油樟和主含芳香樟醇的芳樟等多个化学型,但它们的形状并无区别。现代生物技术的发展,使我们有能力进一步区分分类等级以下的种质资源,检测到居群之间甚至个体之间细微的遗传差异,这就为我们更有效的利用种质资源创造了条件。不同领域的研究者对不同性状的遗传多样性发生兴趣,正如分类学家最关心“花结构”变异,农学家最关心“农艺性状”变异一样,药学家更关心“化学成分”的遗传变异,并以“有效成分tivecomponent”113基础构成了该物种的基因库(genepool),其中可能蕴藏着丰富的已知或未知的有用基因[2],如控制高产、抗病、抗逆等优良性状的基因和控制有效成分代谢途径和代谢速度的基因。种质资源遗传多样性的研究将为评估基因资源的开发前景提供重要信息。众所周知,基因通过转录和翻译代谢酶来调控化合物的合成,最终决定中药的药性和疗效。次生化合物的合成需要相当多的代谢酶(包括同工酶)基因参与,这些基因的遗传变异直接影响药材的功效[3],此外,许许多多控制生长发育的基因和遗传变异也间接影响药材的成分和功效。目前已有不少调控次生化合物代谢的关键酶基因被研究[4]。例如,苯丙烷类代谢酶系是目前了解最清楚的植物次生代谢物合成途径,其中许多酶基因已被克隆。黄酮、木质素、水杨酸等的生物合成都由此途径合成,这个途径的关键酶是本丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸242羟化酶(CA4H)和42香豆酸CoA连接酶(4CL)[5]。对药用植物优良农艺性状基因的研究也已受到重视。基因的多态性为发现该基因提供了线索[6],在定位这些基因时又要借助更多连锁基因作桥梁,经过连锁分析和染色体行走和跳跃(chromosomalwalkingandjumping)找到目的基因[7,8]。这些都要求对药・580・用植物基因多态性有更多的认识。然而令人担忧的是,在人类远未充分利用这些基因资源之前,其载体———种质资源,正面临严重破坏甚至面临丧失的威胁。因此,在健全和有效实施资源保护法律法规的同时,加速药用植物种质资作。114,要获得好的疗效和经,在引种之前,首先必须在众多遗传资源中筛选出最有用的遗传资源,以便在消耗同等数量物资的情况下获得更多的产品。例如,对著名的抗癌植物红豆杉Taxus属的种质资源研究表明,世界上本属有11种(含中国4种1变种),种下又有许多地理品种和栽培种,仅欧洲红豆杉.就有不少于40个地理品种,有效成分紫杉醇taxol在树皮中的含量通常仅有。1990年前后美国在广泛调查的基础上,在北美栽培品种中筛选出一杂交类型“Hicksii”,含量为,并具有生长迅速等优良性状,于是,这一类型被大规模引种栽培[9]。另一方面,从资源保护的角度来看,对濒危药用植物进行有效的迁地保护,必须保留尽可能多的遗传多样性。植物种质资源的遗传多样性不仅包括遗传变异的高低,也包括遗传变异分布格局,即居群的遗传结构[10]。在引种之前,对该种野生药用植物居群遗传结构的深入研究,可以为采样策略的制定提供科学依据和量化指标,例如,仅取少量地点的材料即可代表绝大部分遗传多样性,起到事半功倍的佳效。采样不当将丢失遗传多样性,丢掉人类尚未认识的宝贵基因,也降低了植物抗逆性。总之,无论是对种质资源进行开发还是保护,都要进行遗传多样性的研究和比较,我国已有两千多年的种药历史,迄今为止,约有300种常用中药已进行过引种栽培[11,12]。但仍有许多野生药材和列入保护名单的濒危药用植物[15]有待引种,一些存在问题的品种也面临重新引种中国中药杂志1998年第23卷第10期的任务,这些都要求我们加强种质资源遗传多样性的研究。115种质资源遗传多样性是育种的基础药用植物的“优良品种”对药材生产存在着巨大的潜力,许多疗效优异的“道地药材”的形成在某种程度上应归功于“地方品种”的作用。“高含量育种”是药用植物育种的主要目的和特色。任何一个新品种的培育都是在原有的植物资源基础上通过选择、杂交、回交、诱变等方法修饰、加工、改良后培育出来的。例如,近年由对人参的天然变异类型“化后得到的。,再。由此可见,占有种质资源是育种的基础,育种上突破性的成就取决于关键基因的发现和利用。另一方面,植物遗传多样性的研究特别是分子多态性的研究是遗传图谱的构建、基因的定位和分离及标记辅助选择技术(MAS)应用的基础[14]。我国药用植物的育种已具有初步基础,许多药材如薄荷、红花、枸杞、地黄、贝母、山药、玉竹、桔梗、菘蓝、大麻、银杏、薏苡、石斛、益母草、金银花、杜仲、番红花等已形成地方优良品种。但更多的药材正面临艰巨的育种任务,同时也需要加速引进育种学新技术。这些方面都要求药用植物种质资源的研究要加速进行。2DNA指纹技术在种资源研究中的应用DNA指纹(DNAfingerprinting)技术是近年来发展起来的一组可以检测出大量DNA位点差异性的分子生物学新技术,因它们的电泳谱带类似人的指纹图形而得名,这些技术包括RAPD[17,18],AFLP[19],PCR2RFLP,DNA探针杂交[20],小卫星(minisatellite)[21],微卫星指纹分析等。这一方法的建立是植物资源学研究方法的重大突破,在种质资源研究上有广泛的应用前景。211在药材种质鉴定上的应用传统的中药鉴别方法是以药材表型特征为中国中药杂志1998年第23卷第10期[22][15,16]基础的鉴别方法,包括形态组织比较和化学成分分析。然而,常规方法对一些疑难种、易混种的鉴定往往很难得出正确有效的结论。90年代以来一种以药材DNA分子标记特征为鉴定指标的新兴技术———药材DNA指纹鉴定技术的出现,[23,24]。,排除。DNA。212在遗传多样性分析上的应用对药材种质资源尤其是多年生药用植物进行遗传分析在以往是很困难的,例如,采用经典遗传学中的子代分析法比较野生人参与栽培人参的遗传性状差异至少要花9年时间,这使得人们对繁殖周期较长的药用植物的遗传研究望而却步。90年代RAPD的发明以及相关分子生物学高新技术的发展,为了解山参等多年生药用植物的遗传背景提供了有力的新工具,这一简便、快捷的先进技术第一次使我们仅用少量干燥材料即可直接比较不同种质遗传物质DNA的细微差异,分析种质资源的遗传多样性,获得丰富的遗传信息。213在其它方面的应用通过对许多DNA指纹图进行分析比较,可以计算品种之间的遗传距离和相似系数,从而给出品种之间的聚类关系图,并进一步研究品种的起源、进化问题。此外,DNA指纹图也是药用植物构建遗传图谱的重要工具,遗传图谱是植物基因的档案,对育种工作有极大的参考价值。总之,DNA指纹技术在药用植物种质资源的研究中具有极大的应用前景。越来越多的研究报道说明,DNA指纹新技术的应用正在推动药用植物种质资源研究蓬勃的向前发展。3参考文献1懂玉琛.生物多样性及作物遗传多样性检测.作物品种资(下转第600页)・581・挥发油含量测定.山东医药工业,1988;(3):319陈翠萍,沙明,杨松松.朝鲜淫羊藿中黄酮类成分在不同采15郭亚健,崔玉萍,周静,等.不同采收期枸骨叶中熊果酸含量测定.中国中药杂志,1995;20(10):59116汪新能,李锋,蒋汉明.罗汉果果实生长发育与内含物变收期的含量变化.中国中药杂志,1996;21(2):8610彭强,刘汉兰,周大卫.黄连不同生长期小檗碱含量的变化的研究.广西植物,1990;10(3):22317冯全民,成树春,徐永厚,等.草麻黄的麻黄碱与伪麻黄碱化.中药材,1989;12(2):711范崔生,王汉章,褚小兰,等.中药采收鉴别应用全书.南积累动态.中药材,1997;20(8):37918梁天天,马全民,卢银仙,等..中昌:江西科学技术出版社,1995:28,19212朱兆仪,王晓光.桂皮类药材的资源与质量研究.中国中药材,1997;20(8):38119林励,,,等.药杂志,1992;17(7):38713王桂英.肉桂不同叶芽不同部位树皮的质量分析.中草.:22()20,宋洪涛,.药,1992;23(11):59414钟凤林,陈和荣,陈敏.青蒿最佳采收时期、采收部位和干.;28(5):258燥方法的实验研究.中国中药杂志,1997;22(7):4051997211220收稿(上接第源,1995;(3):12赵微平.植物基因组:构建、表达和调节.北京:首都师范大199414刘旭.遗传标记和遗传图谱构建.作物品种资源,1997;(3):2915中国医学科学院药用植物资源开发研究所.中国药用植学出版社,丘德有.利用转基因植物生产有用的次生代谢产物.植物物栽培学.北京:农业出版社,199116庄文庆.药用植物育种学.北京:农业出版社,199317WilliamsJG,KubelikAR,LivakKJ,;18:653118WelshJ,;18:721319PleterVos,ReneHogers,MarjoBleeker,;23(21):440720刘树俊.DNA指纹技术中所用的探针及其发展.遗传,1993;(1):(SSRs);91:;9:55323黄璐琦.展望分子生物技术在生药学中的应用.中国中药科学综论.哈尔滨:东北林业大学出版社,1993:205李承森.植物科学进展(第一卷).北京:高等教育出版社,1998:2936孟祥文,李璞.AP2PCR技术及其应用.国外医学遗传学分册,1995;18(3):1177潘星华,傅继粱.基因狩猎:功能克隆、定位克隆和表型克隆.自然杂志,1997;18(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课程名称:论文名称:学 生:学 号:班 级: 课程论文 园林植物培育学 园林植物培育学的发展现状与趋势 刘逸 20126227 园林12-6 年 6月10日 2015 <遗传学>课程论文要求 一.题目:自拟,但必须围绕xxx 方面的内容,必须与所学专业相结合 二.内容范围: (1)遗传学最新研究前沿进展 (2)遗传学在某领域的应用等 (3)遗传病现状分析 .治 ...