Ch10 基因改良食品及植物基因轉殖
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10-2 植物的基因轉殖技術
10941008a
定義
使用基因工程或分子生物技術，將外源基因轉入植物細胞中，產生基因重組之現象
特例
不包括傳統的雜交、誘變、體外受精、細胞及原生質體融合、體細胞變異與染色體加倍等技術
方式
一、農桿菌(Agrobacteria)轉殖
三、植物病毒感染
二、基因槍
四、葉綠體基因轉殖
載體
Ti質體
身份
內容物
改良自農桿菌中能讓植物長瘤的質體
性狀表現基因
篩選標記
10-4基因改造食品的安全性 10941060A
流程
將質體送入農桿菌中
將農桿菌與葉片一起培養
效果
葉片感染農桿菌
將農桿菌DNA帶入葉片
對人體健康之影響
過敏問題
標示基因(Marker Gene)
毒素殘留
新病毒
食用基因改造作物可能會產生毒素而蓄積於人體中
如Bt玉米
（原農桿菌）葉片-條件
基因轉殖技術可能將會引起過敏之基因殖入食用作物中，因而造成人體的過敏反應
例如：美國TACO BELL食品廠使用混雜有基因改造之Starlink玉米原料，所生產之玉米餅乃引發人體過敏現象。
非單子葉
Ex
在基因轉殖過程，為了容易辨識常會使用標識基因，其中包括了抗生素性標識基因，若含有該基因之作物與該抗生素一起食用，會減低抗生素對抗疾病之效果，進而產生對人體有不良影響之疑慮。
菸草、阿拉伯芥
基因改造植物可能促成土壤中微生物突變而導致新病毒的產生，進而成為人類的病原體。
流程
DNA與金屬粉末相混
以高壓方式像散彈槍一般快速打入組織中
同時將DNA帶入
構造
方式
利用植物病毒為載體，放入轉殖基因
缺點
植物病毒不會插入植物的基因體
植物病毒不會藉種子傳給後代
結果
不穩定的基因轉殖株
優點
可以大規模地整株感染，快速產生大量重組蛋白質
應用
植物的生物反應器
高等植物的葉綠體有自己的基因體plastid，約120~180 kb
效益
一個細胞中可以有千萬個葉綠體存在
應用
將基因轉殖至葉綠體基因體中，
用來量產蛋白質
技術
基因槍
PEG
設計質體
質體的複製原(ori)來自細菌
效益
不會插入葉綠體基因體，
而一直以episomic的方式存在。
應用
當來自細菌的質體複製原(ori)帶有葉綠體基因體的片段，
即能讓轉殖的基因換至葉綠體基因體相對的標的位置上
五、其他方式
真空吸入法
直接浸泡
對象
阿拉伯芥
流程
將分化中的花芽浸在農桿菌液中
利用抽真空的方式把DNA吸入
特色
特色
省去組織培養的步驟
省去抽真空的步驟
Chimeraplasty
成功案例
特色
省去轉染的步驟
菸草及玉米
優點
適合各種作物，安全性更高
目的
讓植物基因體中的某一個位置發生位移變化，精確地破壞某個基因
篩選基因
方法
目的
挑出帶有轉殖基因的組織
培養基
內容
含有平衡的植物荷爾蒙
作用
讓組織處在未分化的狀態
輔助
組織培養
作用
重新分化成帶有轉殖基因的新植株
輔助技術（以下是）
利用抗生素
設計有一對重組酵素(Cre)的辨認位置(lox)
特色
當此轉殖作物與帶有重組酵素的植株交配，就可以將兩個lox位置間的DNA移除不必要的質體片段
小規模的田間實驗
目的
確定基因改造作物的性狀
對象（Ex）
抗蟲、抗除草劑
10-5基因改良食品的檢測10941038A
為了要能偵測食品或食品原料是否有含基因改良之作物，許多生技公司開發出各種試劑供檢測之用。
目前比較令人擔心的其實是對來源基因的分析，無論是對人體、對植物甚至對環境的引響都需要謹慎，主要的考量重點有兩種:
1.偵測蛋白質：
2.檢測DNA
10-1植物組織培養技術10941041A
植物高分化組織具有可塑性
經過合適的培養
重新分化
成為新的植株
10-6 基因改造作物對生態環境的影響 10941025A
一、同種雜交的影響
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二、同類近親植物雜交的影響
三、對其他昆蟲的影響
有人證實基因轉殖植物所產生的抗蟲毒素其實比真正的毒素容易被分解，因此並不見得對環境有太大的影響
一些實驗證實某些昆蟲在餵食基因轉殖作物飼養的蟲或沾有大量花粉的葉片後會影響生長，甚至造成死亡，雖然實驗的餵食方式引起爭議，但這是值得注意的現象
如果只是抗除草劑，在野外生長並沒有影響；但若得到了抗蟲基因，不僅得到相對的生長優勢，對自然環境的昆蟲也會造成威脅，更對整個生態有極大的影響。
對於轉殖基因的蛋白質產物，有下列方式來進行檢測，靈敏度約為每塊組織中含10μg左右，能被偵測出，大約也就是超過1%的含量，如西方墨點實驗，ELISA等，前者較適用於實驗室中檢測，不太適合大規模檢驗之用途。
檢測的蛋白質有：慷除草劑的基因轉殖大豆，會帶有農桿菌的EPSPS蛋白質、抗蟲的玉米及帶有Cryl毒素的棉花等。
直接檢測食品來源中是否含帶有轉殖基因，可用的技術如南方墨點實驗、定量PCR及正在發展中的生物晶片。諸如轉殖基因上的啟動子區域、基因區及其他標記區均可用來作為檢驗的標的。
歐洲的GENESCAN公司發展出的生物晶片-GMO chip是針對歐洲常見的一些基因轉殖作物進行檢測，對象包括基因轉殖的玉米、大豆及水道中可能出現的一些CaMV啟動子區、Bt毒素基因區等。
1.此作物的基因組成有何改變:
2.抗藥性基因傳遞
例如轉殖基因的來源是何種物種，此基因分子層面的詳細分析、剪接的過程及方式，以及來源的基因為何，而轉殖的基因插入植物基因體何處等。
通常送入的基因是會插入基因體中的任意位置，甚至同時插入數個，可能在同一位置或在不同位置。
目前植物基因轉殖最常利用的方法是基因槍高壓打入基因，此法有可能會造成DNA重新排列的現象，而斷出的小片段DNA可能插到基因體的其他地方，這種變化在檢驗DNA時很難發現。這些小小的變異，都可能對植物或人體健康有影響。
目前大多使用抗生素的抗藥性基因作為篩選標記，特別是nptll基因，產生的蛋白質可分解Neomycin及Kanamycin讓植物產生抗藥性，雖然這兩種抗生素不是人類醫療用途的主要用藥，此基因若沒有在後來的步驟進一步去除，有可能傳給植物體內其他細菌，因此應嚴格要求將標記基因去除。
有些公司選用其他一班醫療用途常用抗生素的抗藥性基因，有可能導致自然界的細菌得到抗藥性，間接對人類的健康有極大的影響，而且這類基因並未經過改造，常帶有原本的啟動子更增加危險機率。
稱為全能發展性
求快速繁殖
選擇未分化完全的組織
芽B 根尖 嫩莖 發芽種子
由組織碎片長出一團未分化的細胞團塊
療傷組織
可培養出小苗
基因轉殖必要步驟
微體繁殖
同樣的植株利用組織培養
可以無限制的大量無性繁殖
更由於生長點組織無病毒感染
可以用來繁殖無病的幼苗
二次代謝產物
代謝過程無法再分解的副產物
對其他生物有醫療效果或毒性
利用組織培養技術
自組織培養懸浮液中萃取產物比較容易
例子
抗癌藥物紫杉醇噬紅豆杉之二次代謝產物
人參的ginsendsides
黃連的berberine
罌粟的sanguinarine
單倍體培養
利用花要進行組織培養
獲得單倍體植株
藉此顯現隱性基因之性狀
例子
甘藷
玉米
水稻
體細胞雜種的產生
利用去除細胞壁的原生質體細胞的培養
可以進行不同品種的體細胞融合
可以獲得優良性狀之品種
常為不捻性
例如
番茄與馬鈴薯之體細胞雜種馬鈴茄
10-3 基因改造食品實例(10941055A)
六、增加營養成分
七、產生醫療用途的蛋白質
五、控 熟
八、加工品改良
四、抗環境
九、改變成分
三、抗 病
綠色革命
二、抗 蟲
影響
一、抗除草劑
缺點
優點
通過採用高產現代品種，加以化肥、農藥、灌溉和機械等技術的配合，口的是提高糧食產量，緩解二戰以後不斷增長的世界人口對糧食的需求。
改造出的作物可不受除草劑影響
例子
最有名的是“Roundup Ready”品種，可以不受“Roundup”除草劑的影響，直接噴灑除草劑仍能正常生長，目前有玉米、棉花及大豆產品
使植物產生抗蟲的毒素
例子
玉米的根蟲病，過去只能用輪作及殺蟲劑對抗，經由基因轉殖蘇力菌（Bacillus thuringiensis，簡稱Bt）的毒素基因，即可抗蟲
讓植物自行產生抗病能力的方式，針對不同的植物病害
病毒交互作用
反義RNA
以基因轉殖方式讓植物作出病毒的反義RNA，以阻止病毒蛋白質的形成
以基因轉殖方式讓植物作出病毒的外鞘蛋白，佔住病毒感染的路徑，藉此阻止病毒之感染
利用基因轉殖可讓植物抵擋嚴苛的環境
例子
蕃茄轉殖AVP1基因後，根系的發展較佳，因而抗旱，也因此長得較好
阻礙乙烯的合成可控制果實的後熟過程，以提早或延後成熟時間，或是改變開花時期等，以錯開盛產期，充分調節供需
例子
基因轉殖的甜瓜中，利用病毒的酵素分解乙烯合成過程中的重要成分
在蕃茄中直接降低乙烯合成過程中的中間產物的生成，均可延緩果實成熟
將糧食作物基因改造成富含營養成分的常見糧食作物
例子
將水稻改良成富含鐵及維生素A前驅物的β胡蘿蔔素
以植物作為生物反應器，量產轉殖的基因產物
例子
可以藉由植物產生病源的抗原，讓人類在食用後即產生抗體的食用疫苗(edible vaccine)
以馬鈴薯產生的B型肝炎疫苗
改變加工原料作物的性質或成分，以利加工生產過程或增加產品風味等
利用轉殖反向DNA抑制軟化酵素基因表現的方式讓蕃茄的果實較為可口
改變作物內的營養成分
例子
基因轉殖的油菜改變種子油脂成分，其中增加大量的lauric acid及mystric acid，以替代來自椰子油及棕櫚油的來源，供糕餅烘焙或油炸之用
提高作物產量，減少飢荒
大量種植可能會破壞土地
使作物更好生長，降低糧食價格
種子公司賣出不會繁殖的作物種子，使農民須不斷向種子公司購買種子，令種子公司獲利，貧富差距增大