转基因动物.ppt
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1、关于转基因动物关于转基因动物现在学习的是第1页,共59页转基因动物的概念转基因动物的概念借助基因工程技术把借助基因工程技术把外源目外源目的基因的基因导入动物的导入动物的生殖生殖细胞、胚胎干细胞或早期细胞、胚胎干细胞或早期胚胎胚胎,使之在受体染色,使之在受体染色体上稳定整合,并能把体上稳定整合,并能把外源目的基因传给子代外源目的基因传给子代的个体,叫转基因动物的个体,叫转基因动物(transgenic animals)1982现在学习的是第2页,共59页现在学习的是第3页,共59页现在学习的是第4页,共59页第一节 动物转基因技术l1 1 显微注射法显微注射法l2 2 逆转录病毒法逆转录病毒法l
2、3 3 胚胎干细胞法胚胎干细胞法l4 4 精子载体法精子载体法l5 5 体细胞核移植法体细胞核移植法现在学习的是第5页,共59页一.显微注射法 在显微镜下将体外构建的将体外构建的外源目的基因外源目的基因,用注射针用注射针注射到动物受精卵注射到动物受精卵中,中,使之使之与动物基因组与动物基因组整合,从而得到转基因动物的方法整合,从而得到转基因动物的方法。现在学习的是第6页,共59页现在学习的是第7页,共59页1 1、目的、目的DNADNA的准备的准备l构建目的基因的表达载体:构建目的基因的表达载体:目的基因应包含完整的目的基因应包含完整的ORF,ORF,顺式调控序列,顺式调控序列,加尾信号。加尾
3、信号。l线性线性DNADNA分子的准备分子的准备lDNADNA浓度:浓度:1-3g/ml.1-3g/ml.现在学习的是第8页,共59页2 2、小鼠的准备和要求、小鼠的准备和要求l超排受精卵的准备超排受精卵的准备:l选择选择4 46 6周龄的小鼠,用孕马血清促性腺激素素周龄的小鼠,用孕马血清促性腺激素素(PMSGPMSG)和人绒毛促性)和人绒毛促性腺激素腺激素(hCGhCG)先后进行腹腔注射,做超数排卵处理;先后进行腹腔注射,做超数排卵处理;注射后注射后10101313小时超排卵,每个母鼠与一个公鼠交配小时超排卵,每个母鼠与一个公鼠交配。l假孕母鼠的准备:假孕母鼠的准备:l通过注射通过注射PMS
4、GPMSG和和hCGhCG诱导产生,再与结扎的公鼠交配诱导产生,再与结扎的公鼠交配。现在学习的是第9页,共59页3 3、受精卵的分离、受精卵的分离l处死经超排处理的小鼠,从输卵管膨大部位取出处死经超排处理的小鼠,从输卵管膨大部位取出受精卵受精卵l解散卵丘细胞解散卵丘细胞,清洗受精卵清洗受精卵l在显微镜下在显微镜下确认和选择受精卵。确认和选择受精卵。现在学习的是第10页,共59页4 4、显微注射、显微注射将受精卵置于将受精卵置于培养皿或玻片的液滴培养皿或玻片的液滴内,用吸持针吸住受精卵;将外源内,用吸持针吸住受精卵;将外源基因注入基因注入受精卵的雄原核受精卵的雄原核内。内。现在学习的是第11页,
5、共59页首只转基因猴首只转基因猴安迪安迪和制备它和制备它的卵母细胞的卵母细胞现在学习的是第12页,共59页转基因转基因果蝇的果蝇的制作制作现在学习的是第13页,共59页5 5、受精卵的移植、受精卵的移植l将假孕小鼠麻醉,在腹部下方与最后一根肋骨平行的地方开一个将假孕小鼠麻醉,在腹部下方与最后一根肋骨平行的地方开一个小口,在小口,在输卵管壶口处用微吸管将注射过的受精卵移入,输卵管壶口处用微吸管将注射过的受精卵移入,缝合伤口。缝合伤口。按常规饲养,按常规饲养,2020天前后,后代幼鼠将产出。天前后,后代幼鼠将产出。现在学习的是第14页,共59页6 6、转基因小鼠的鉴定、转基因小鼠的鉴定lPCRlS
6、outhern blotlNorthern blotlWestern blotl标记性状标记性状现在学习的是第15页,共59页标记性状鉴标记性状鉴定转基因果定转基因果蝇蝇现在学习的是第16页,共59页显微注射法的效率显微注射法的效率l每天可注射几百个卵,但大约只有每天可注射几百个卵,但大约只有66%66%能存活;移入能存活;移入子宫后,大约子宫后,大约25%25%的受精卵能发育成幼鼠;其中又有的受精卵能发育成幼鼠;其中又有大约大约25%25%左右的幼鼠是转基因鼠。左右的幼鼠是转基因鼠。l理想情况下,理想情况下,303050/100050/1000l一般情况下,一般情况下,1/10001/100
7、0现在学习的是第17页,共59页影响影响转基转基因动因动物成物成功的功的关键关键制约制约因素因素是什是什么?么?现在学习的是第18页,共59页提高目的提高目的DNADNA的整合率与表达率的整合率与表达率顺式调控顺式调控序列序列MARMAR序列序列同源重同源重组组转座子转座子现在学习的是第19页,共59页7 7、显微注射法的不足显微注射法的不足l外源基因整合效率低;外源基因整合效率低;l随机整合或随机插入,存在插入突变的风险随机整合或随机插入,存在插入突变的风险l方法复杂,技术性强,设备昂贵等。方法复杂,技术性强,设备昂贵等。压力压力调节调节仪仪或或程控程控注射注射仪仪现在学习的是第20页,共5
8、9页(1 1)逆转录病毒的结构)逆转录病毒的结构二二二二.逆转录病毒法逆转录病毒法逆转录病毒法逆转录病毒法现在学习的是第21页,共59页(2 2)逆转录病毒的基因组)逆转录病毒的基因组l基因组长基因组长9kb9kb,LTRLTR细分为细分为5-u3-R-u5-35-u3-R-u5-3。其中。其中u3u3区包含病毒的区包含病毒的增强子和启动子序列,增强子和启动子序列,R R区包含一个区包含一个CapCap区区。u5u5区包含聚腺苷酸加尾信区包含聚腺苷酸加尾信号号。5LTR5LTR的的33边界区是引物结合位点(边界区是引物结合位点(PBSPBS)。)。U5U5的下游还有的下游还有序列,包装识别信号
9、。序列,包装识别信号。5 LTR LTR 35 LTR LTR 3U3U3R RU5U5U3U3R RU5U5 小鼠白血病病毒小鼠白血病病毒小鼠白血病病毒小鼠白血病病毒(Mo-MLV)(Mo-MLV)gag pol envgag pol env病毒核心病毒核心病毒核心病毒核心 逆转录酶逆转录酶逆转录酶逆转录酶 外壳蛋白外壳蛋白外壳蛋白外壳蛋白抗原基因抗原基因抗原基因抗原基因 基因基因基因基因 基因基因基因基因现在学习的是第22页,共59页(3)(3)逆转录病毒的生活周期逆转录病毒的生活周期 l病毒侵入细胞;病毒侵入细胞;l病毒的病毒的RNARNA基因组在细胞质中基因组在细胞质中反转录反转录成双
10、链的前病毒成双链的前病毒DNA(DNA(复制形式复制形式DNA)DNA);l前病毒前病毒DNADNA被传送至细胞核,并最终整合到宿主染色体上;被传送至细胞核,并最终整合到宿主染色体上;l整合后的前病毒整合后的前病毒DNADNA进而使用宿主细胞的进而使用宿主细胞的RNARNA聚合酶转录自己;聚合酶转录自己;l最后,部分转录的信息被翻译成病毒蛋白质,组装成新的病毒。最后,部分转录的信息被翻译成病毒蛋白质,组装成新的病毒。现在学习的是第23页,共59页l受体受体l吞噬吞噬l脱外壳脱外壳l逆转录逆转录l核蛋白复合核蛋白复合体体l有丝分裂有丝分裂l复合体进入复合体进入核核现在学习的是第24页,共59页l
11、病毒病毒DNADNA蛋白复合体中含有由一个病毒蛋白复合体中含有由一个病毒DNADNA的的polpol基因所编基因所编码的内切酶码的内切酶,在此酶的作用下,宿主染色体被切开,而病,在此酶的作用下,宿主染色体被切开,而病毒的染色体得以嵌入。此过程发生在细胞有丝分裂的毒的染色体得以嵌入。此过程发生在细胞有丝分裂的S S期。期。l嵌入后的前病毒被细胞的嵌入后的前病毒被细胞的RNARNA聚合酶聚合酶IIII转录为病毒转录为病毒RNARNA,其蛋,其蛋白质表达完全依赖于细胞的蛋白质合成机构。白质表达完全依赖于细胞的蛋白质合成机构。现在学习的是第25页,共59页(4)(4)逆转录病毒载体的构建逆转录病毒载体
12、的构建 l为了保证逆转录病毒载体的感染功能,建立为了保证逆转录病毒载体的感染功能,建立包装细胞包装细胞,在包装,在包装细胞里细胞里表达三个逆转录病毒的结构基因表达三个逆转录病毒的结构基因。所以首先让携带有外。所以首先让携带有外源目的基因的逆转录病毒载体感染包装细胞,在包装细胞中源目的基因的逆转录病毒载体感染包装细胞,在包装细胞中被包装成新的子代病毒颗粒,再去感染动物宿主细胞。被包装成新的子代病毒颗粒,再去感染动物宿主细胞。5 LTR LTR 35 LTR LTR 3U3U3R RU5U5U3U3R RU5U5 小鼠白血病病毒小鼠白血病病毒小鼠白血病病毒小鼠白血病病毒(Mo-MLV)(Mo-ML
13、V)外源目的基因外源目的基因现在学习的是第26页,共59页现在学习的是第27页,共59页(5 5)逆转录病毒介导转基因的优势)逆转录病毒介导转基因的优势l逆转录病毒载体可同时感染大量胚胎,也可感染稍晚阶段的逆转录病毒载体可同时感染大量胚胎,也可感染稍晚阶段的不同发育时期的胚胎;不同发育时期的胚胎;l高效率感染并能在宿主细胞高效率感染并能在宿主细胞DNADNA上高度整合,可以大大提高上高度整合,可以大大提高基因的转移效率。基因的转移效率。l但这一高的感染率绝对依赖于细胞的两个特性:一是细胞要具有但这一高的感染率绝对依赖于细胞的两个特性:一是细胞要具有逆转录病毒的受体,二是目标细胞需要进行细胞分裂
14、。二者缺一逆转录病毒的受体,二是目标细胞需要进行细胞分裂。二者缺一不可。不可。现在学习的是第28页,共59页(6 6)逆转录病毒的安全性问题)逆转录病毒的安全性问题 l虽然逆转录病毒载体可同时感染大量胚胎,感染效率高,并能虽然逆转录病毒载体可同时感染大量胚胎,感染效率高,并能在宿主细胞在宿主细胞DNADNA上高度整合,但只可以转移小片断的小于上高度整合,但只可以转移小片断的小于10kb10kb的的DNADNA。而且存在安全隐患。如逆转录病毒在靶细胞染色体上的整。而且存在安全隐患。如逆转录病毒在靶细胞染色体上的整合可能造成:合可能造成:l1 1)破坏细胞正常生长的必须基因)破坏细胞正常生长的必须
15、基因/抑癌基因抑癌基因l2 2)LTRLTR激活原癌基因激活原癌基因l3 3)染色体重排激活原癌基因)染色体重排激活原癌基因 现在学习的是第29页,共59页三三.胚胎干细胞法胚胎干细胞法l胚胎干细胞(胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESembryonic stem cell,ES细胞)细胞)是指从是指从哺乳动物囊胚期内的细胞团中分离出来的尚未分化的哺乳动物囊胚期内的细胞团中分离出来的尚未分化的胚胎细胞,这种细胞具有发育的潜能性,能够分化出胚胎细胞,这种细胞具有发育的潜能性,能够分化出各种组织。各种组织。现在学习的是第30页,共59页(1 1)利用)利用ESES细胞制备转基因
16、小鼠细胞制备转基因小鼠 l从从受精后受精后3.53.5天的雌鼠子宫天的雌鼠子宫中取出胚胎,在胚胎培养基中培养中取出胚胎,在胚胎培养基中培养直至囊胚期,脱去透明带。直至囊胚期,脱去透明带。l鼠胚贴壁生长鼠胚贴壁生长4 46 6天后,天后,ICMICM增殖为一团圆柱形的细胞,即增殖为一团圆柱形的细胞,即内内细胞团细胞团ICMICM。l在体视镜下离散在体视镜下离散ICMICM,分别培养在培养板中,筛选,分别培养在培养板中,筛选ESES细胞克隆,细胞克隆,特征是细胞小,核大,胞质少,核内有一个或多个凸出的深色特征是细胞小,核大,胞质少,核内有一个或多个凸出的深色核仁结构核仁结构,细胞紧靠,很难辨认单个
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