根癌农杆菌介导的植物基因转化技术
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根癌农杆菌介导的真菌遗传转化研究进展根癌农杆菌介导的真菌遗传转化是一种重要的生物技术手段,被广泛应用于真菌基因工程研究和相关产业生产中。
根癌农杆菌介导的真菌遗传转化技术利用农杆菌Ti质粒中的T-DNA片段将外源基因导入真菌细胞内,使真菌细胞具有新的遗传特性。
近年来,随着生物技术的发展和研究的深入,根癌农杆菌介导的真菌遗传转化研究取得了令人瞩目的进展。
一、根癌农杆菌介导的真菌遗传转化原理及方法1.构建适合真菌的质粒载体,将外源基因插入T-DNA载体中,构建成适合真菌遗传转化的质粒载体。
2.将构建好的质粒载体通过农杆菌进行转化,使其含有T-DNA片段。
3.利用农杆菌与真菌细胞的接触,将质粒中的T-DNA片段导入真菌细胞内。
4.筛选和鉴定转化后的真菌株系,确认外源基因是否成功导入真菌细胞中,并对转化菌株进行鉴定和分离纯化。
根癌农杆菌介导的真菌遗传转化技术在农业生产中有着广泛的应用价值,主要体现在以下几个方面:1. 抗病力提高:根癌农杆菌介导的真菌遗传转化可以实现真菌对病原菌的抗性提高,使植物在生长过程中更加健康,减少病害发生的可能性。
2. 产量增加:通过真菌遗传转化技术可以使真菌获得更好的生长特性和代谢特性,从而提高作物产量。
3. 抗逆性提高:真菌经过遗传改造后,可能对环境中的逆境条件具有更强的抵抗能力,使植物更加适应不良环境的生长条件。
4. 品质改进:真菌遗传转化技术还可以用于改进植物的品质,比如提高农作物的风味、口感等。
1. 药物生产:利用真菌遗传转化技术可以大规模生产生物药物,比如抗生素、激素等,在生物医药领域有着重要的应用。
2. 新药研发:真菌遗传转化技术可以用于研发新的药物,通过改造真菌代谢途径等方式,获得新型的生物活性化合物。
3. 医学研究:真菌遗传转化技术也可以用于医学研究领域,比如用于疾病的基因治疗、蛋白质表达等。
1. 技术改进:研究者不断优化根癌农杆菌介导的真菌遗传转化技术,提高转化效率和稳定性,为真菌的遗传改造提供更好的手段。
实验九植物遗传转化——农杆菌介导法一、目的了解农杆菌转化的机理;掌握农杆菌介导转化水稻的技术二、原理根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)具有跨界转移DNA的能力。
下列因子与转化过程有关:1. Ti 质粒(tumor-inducing plasmid)上的T-DNA (transferred DNA)T-DNA是农杆菌Ti质粒上能够转移到植物基因组的一段DNA序列。
T-DNA含有RB和LB两个边界,它们是25bp的正向重复序列,是T-DNA 转移的顺式作用元件。
不同类型的农杆菌其边界序列有所不同,但划线部分为完全保守序列。
置于该边界内的任何外源基因均可被转化。
LB缺失突变后农杆菌仍能致瘤,但RB缺失会导致致瘤能力丧失,这时几乎完全没有T-DNA的转移。
LB(-链)5’GT TTACACCACAA TA TATCCTG CCA 3’RB(+链)5’TGA CAGGA TA TA TTGGCGGGTAA AC 3’2. Ti质粒上的Vir区(virulence region)操纵子转化所必需的基因有vir A、B、C、D、E、G。
其中蛋白VirD1/D2识别T-DNA边界RB和LB;VirC识别T-DNA右边界的超驱增强子;VirD2在T-DNA底链起内切酶作用造成切刻,并与T-链5’ 共价结合,带有1个核定位信号NLS;VirB形成转移复合通道;VirE2为单链DNA 结合蛋白,有2个NLS。
该操纵子的表达顺序如下:vir A和vir G组成型表达形成VirA和VirG蛋白→VirA被植物创伤信号分子激活→激活的VirA使VirG激活→激活的VirG 诱导vir C、D、E、B、F、H表达。
3. 农杆菌染色体基因组相关基因:chv A、chv B(农杆菌运动、附着)、chv D、chv E(编码单糖结合蛋白、趋化性)、psc A、att、cel(合成纤维素丝,附着)。
它们与农杆菌的趋化性和识别附着植物细胞有关。
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一、实验背景随着科学技术的不断发展,转基因技术在农业领域的应用越来越广泛。
白菜作为我国重要的蔬菜作物之一,其转基因研究对于提高产量、改善品质、增强抗病性等方面具有重要意义。
本实验旨在通过农杆菌介导法将抗病毒基因导入白菜,探究转基因白菜在抗病毒性方面的表现。
二、实验材料与方法1. 实验材料- 白菜(Brassica rapa ssp. chinensis):取材于本地种植的结球白菜。
- 农杆菌:选择含有Ti质粒的根癌农杆菌C58。
- 抗病毒基因:TuMV-NIa及LMV-CP。
- 植物激素:6-BA、NAA、AgNO3。
2. 实验方法1. 基因转化1.1 准备农杆菌:将根癌农杆菌C58在含有卡那霉素的YEB培养基中培养至对数生长期。
1.2 制备外植体:取白菜叶片,用70%酒精消毒后,用无菌水清洗3次,再将其切成小块。
1.3 共培养:将外植体与农杆菌混合,共培养于含有植物激素的培养基上,共培养时间为2-3天。
1.4 诱导再生:将共培养后的外植体转入含有植物激素的再生培养基中,诱导其再生。
1.5 抗性筛选:将再生植株转入含有抗生素的培养基中,筛选出阳性植株。
2. 分子鉴定2.1 PCR检测:提取转基因植株DNA,进行PCR扩增,检测目的基因是否存在。
2.2 Southern blot检测:将转基因植株DNA进行 Southern blot,检测目的基因是否整合到植物基因组中。
3. 抗病毒性检测3.1 人工接种:将转基因植株和对照植株分别接种TuMV和LMV病毒。
3.2 观察记录:观察记录植株发病情况,比较转基因植株和对照植株的抗病毒性。
三、实验结果1. 基因转化通过共培养和诱导再生,成功获得转基因白菜植株。
2. 分子鉴定PCR和Southern blot检测结果均显示,目的基因已成功导入白菜基因组中。
3. 抗病毒性检测与对照植株相比,转基因植株在接种TuMV和LMV病毒后,发病率明显降低,表现出较强的抗病毒性。
根癌农杆菌介导法原理引言根癌农杆菌介导法是一种常用的基因转化技术,广泛应用于植物遗传工程领域。
它利用植物根癌农杆菌接触感染时产生的植物激素和DNA导入技术,将外源基因导入植物细胞,实现对植物基因组的改造。
本文将全面、详细、完整地探讨根癌农杆菌介导法的原理、应用以及优缺点。
根癌农杆菌的特点1. 根癌农杆菌简介根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens) 是一种通过植物接触感染的土壤细菌,在植物遗传工程研究中具有重要的应用价值。
它能够将其自身的T-DNA(转座子DNA)片段导入植物细胞,并在植物细胞中稳定表达。
2. 根癌农杆菌的感染机制根癌农杆菌感染植物的过程包括以下几个步骤:1.识别和结合:根癌农杆菌通过识别植物伤口释放的酚类化合物,结合到植物细胞表面。
2.感染透入:根癌农杆菌产生的信号分子诱导植物细胞产生细胞壁降解酶,使其自身进入植物细胞。
3.T-DNA转移:根癌农杆菌通过特殊的转移螺旋(vir蛋白)将T-DNA从细菌自身转移到植物细胞中。
4.T-DNA整合:转移的T-DNA片段在植物细胞染色体上整合,并导致植物细胞的遗传改变。
根癌农杆菌介导法原理根癌农杆菌介导法利用根癌农杆菌的感染机制,将外源基因导入植物细胞,从而实现对植物基因组的改造。
1. 构建适合的转化载体在根癌农杆菌介导法中,首先需要构建适合的转化载体。
转化载体通常包括以下几个重要组成部分:•T-DNA:携带待转化的外源基因片段。
•选择标记基因:用于筛选转化成功的植物细胞。
•根癌农杆菌起始核酸序列(ori):用于在根癌农杆菌中复制转化载体。
2. 根癌农杆菌感染植物将构建好的转化载体导入根癌农杆菌中,然后让根癌农杆菌感染植物组织。
通常可以通过以下步骤实现:•制备根癌农杆菌感染液:将构建好的转化载体导入根癌农杆菌中,培养至菌体达到一定浓度。
•植物组织处理:将待转化的植物组织浸泡在根癌农杆菌感染液中,利用真空处理或共振法促使菌体进入植物细胞。
T-DNA插入突变具有受体材料范围广、操作简便、转化效率高、插入拷贝数少,转化子稳定等优点,是目前标记和获得植物病原真菌功能基因组的最有效的途径之一。
T-DNA插入突变也叫T-DNA标签(tagging)、(Agrobacterium tumefaciens 一mediated transformation,ATMT),是根癌农杆菌介导的利用T-DNA作为插入突变原或分子标记,来分离或克隆因为插入而失活的基因并研究其基因功能的方法。
所谓的根癌农杆菌是指侵染植物根部的能诱发植物产生肿瘤的革兰氏阴性细菌,它们在自然状态下趋化性感染大多数双子叶植物的受伤部位,继而侵入根部细胞,最后在其中裂解,释放出Ti质粒,其上的T-DNA片段便会与植物细胞的核基因组整合,合成正常植株所没有的冠瘿碱(opines),破坏控制细胞分裂的激素调节系统,从而使它转为癌细胞并诱导其产生冠瘿瘤。
1974年,比利时根特大学遗传学实验室的Zaenen观察到了农杆菌中的巨型质粒,并首次命名为Ti质粒。
后来发现这个约200kb的环状Ti质粒,主要包括毒性区(Vir区)、转移DNA 区(T-DNA区)、接合转移区和复制起始区这四个区域。
它能从致病植株转移到无病的植株中,使正常植株致病,T-DNA转移要穿越植物和细菌的细胞壁,再经过其原生质膜,最后穿透核膜。
主要包括4个过程:1)农杆菌首先识别植物敏感细胞再进行吸附和对信号的感受;2)Ti质粒上vir基因的激活;3) T-DNA切割以及T-DNA复合物的形成;4)新形成的T-DNA复合物从农杆菌转移到植物细胞中;5)整合T-DNA到植物的核基因并开始表达。
整个过程中,T-DNA自身并不编码任何与转移及整合有关的酶。
ATMT技术正是利用这一特性来携带外来基因进入植物细胞。
由于T-DNA两端各有一段25 bp的相对保守的同向重复序列,即T-DNA 边界序列。
将要转入植物细胞核的外源目的基因就是通过质粒构建的方法连接于这两段DNA区域之间。
实验7 根癌农杆菌介导的植物基因转化技术
根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)是一种能诱发植物产生肿瘤的细菌,根癌农杆菌中诱导植物产生肿瘤的质粒(Tumor inducing plasmid),简称为Ti质粒。
野生型农杆菌的Ti质粒,含有两个与致瘤有关的区域:一个是T-DNA区(transferred DNA region),含致瘤基因;另一个是毒性区(Virulence region),在T-DNA的切割、转移与整合过程中起作用。
用于植物基因转化的农杆菌Ti质粒载体系统的构建,是将野生Ti质粒中的致瘤基因删除,并在T-DNA区域内插入适当的选择标记和多克隆位点。
图1是植物表达载体pBI121的DNA图谱,以CaMV35S启动子驱动的新霉素磷酸转移酶基因NPTII为卡那霉素抗性选择标记基因,以β-葡萄糖苷酶(β-glucuronidase,Gus)为报告基因,经pBI121转化的获得的转基因细胞、组织或植株,具有抗卡那霉素的特性,经组织化学染色呈蓝色。
图2-1 Ti质粒载体pBI121图谱
实验要求:掌握根癌农杆菌侵染植物获取转基因材料的方法;理解农杆菌介导途径进行基因转化的机理;了解转基因植物筛选的方法。
一、试材与用具
1.植物材料:烟草无菌苗
2.农杆菌与载体:农杆菌LBA4404、质粒PBI121
3.主要仪器:超净工作台、高压灭菌锅、小型离心机、光照培养箱或培养室、恒温摇床等。
二、方法步骤
1.试剂的配制
(1)YEB培养基:牛肉膏(5g/L),酵母抽提物(1g/L),蛋白胨(5g/L),蔗糖(5g/L),MgSO4(2mmol/L) pH7.2。
固体培养基含琼脂15g/L。
(2)烟草分化培养基:MS + 2mg/L 6-BA + 0.5mg/L IAA
(3)烟草生根培养基:MS + 0.5mg/L IAA
(4)卡那霉素(Kan)母液:100mg/ml,过滤除菌,分装,-20℃保存。
(5)羧苄青霉素(cb)母液:50mg/ml,过滤除菌,分装,-20℃保存。
(6)链霉素(Sm)母液:100mg/ml,过滤除菌,-20℃保存。
(7)X-gluc(5―溴―4―氯―3―吲哚―β―葡萄糖醛酸)溶液(1ml):称取0.5mg X -gluc,加入1~2滴N,N-二甲酰胺(DMFA)使之完全溶解,再加入980μl磷酸缓冲液(0.1mol/L,pH7.0)、10μl铁氰化钾(5mmol/L)、10μl亚铁氰化钾(5mmol/L),搅拌混匀后加入1μl Triton X - 100、X-gluc溶液应现用现配。
2.农杆菌培养
(1)挑取携带植物表达载体质粒的农杆菌单菌落,接种在20ml含100mg/L Sm和50mg/L Kan的YEB液体培养基中,28℃,180rpm振荡培养过夜。
(2)活化过夜的农杆菌按1:50的比例接种在相同的YEB液体培养基中,继续培养至对数生长期。
(3)5000rpm离心5min,收集菌体,用1/2MS液体培养基悬浮至OD600=0.2~0.5,准备感染用。
3.外植体的侵染及共培养
(1)取烟草无菌叶片,切成4~6mm的叶盘(或用打孔器制取),叶盘外植体浸入农杆菌菌液中,感染10min~20min,取出外植体用无菌滤纸吸去附着的菌液。
(2)将浸染过的外植体接种在分化培养基上,暗培养2d。
4.选择培养
将共培养的外植体转移到含500mg/L Cb和100mg/L Kan分化培养基上,25℃,光照培养。
5.继代培养:每隔2~3周继代一次,并逐渐降低Cb的浓度至200mg/L。
6.生根培养:待培养筛选的抗性芽长至1~1.5cm时,切下并转入含有200mg/L Cb和75mg/L Kan的生根培养基上诱导生根,获得具有卡那霉素抗性的转基因植株。
7.转基因植株的Gus基因检测
(1)从具有卡那霉素抗性的烟草植株上,剪取幼嫩叶片,放入0.25ml的小离心管中,加入适量的X-gluc溶液,叶片全部浸泡在染液中,盖好盖子防止挥发。
(2)37℃保温,染色2h可看到蓝色,染色过夜。
(3)依次用70%、80%、90%和100%的乙醇脱色,直至绿色褪去。
(4)观察转基因植株叶片与未转化植株叶片的颜色。
三、作业和思考题
1.简述农杆菌介导途径进行基因转化的机理及操作步骤。
2.根据实验结果,分析影响基因转化效率的因素。
(刘风珍)。