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植物转基因技术
作者:王永飞 来源:生物秀 时间:2006-9-4

    (2)TGMV DNA载体转化法
    植物双生病毒(geminiviruses)为单链DNA病毒,成熟的双生病毒呈双颗粒状,每一个颗粒中含有一条不同的DNA单链。其中A链能单独在植物细胞中复制,并含有一部分病毒包衣蛋白基因;B链编码另一部分包衣蛋白基因及感染性基因。A、B两条链必须同处于一个植物细胞中,方能形成有感染力的病毒。双生病毒具有广泛的宿主范围,因此是一种很有潜力的植物病毒载体。
    目前常用双生病毒家族成员中的TGMV。利用TGMV病毒将外源基因克隆到植物体内的程序是:从成熟的病毒颗粒中分离其A链DNA,并在体外复制成双链形式;以外源基因和标记基因(例如NPTII)取代A链DNA上的病毒包装蛋白基因;将重组分子克隆在含有T-DNA和农杆根瘤菌复制子的载体质粒上,并转化含有Ti 辅助质粒的农杆根瘤菌;将农杆根瘤菌注射到已含有TGMV 的B 链植物的茎组织中,此时重组DNA 分子在植物体内被包装成具有活力的病毒颗粒,后者分泌后再感染其它细胞和组织,使外源基因迅速遍布整株植物。 在上述工作的基础上,随后又发展出了同时含有A 链DNA 和B 链DNA 两种组分的另外一种双元载体系统。使用这样的载体就不必事先用B链DNA转化植物。这样简单便捷。此外,由于病毒可引起破坏性的侵染,需要严格的防护,防止载体从寄主中逃逸侵染自然中的植物。所以CaMV和TGMV作为克隆载体还需要进一步的改造。
    (二) 基因直接导入法
    农杆菌侵染双子叶植物获得转基因植株是非常成功的。但自然界中的农杆菌只侵染双子叶植物,对单子叶植物不敏感。虽然通过添加乙酰丁香酮类物质可使农杆菌侵染单子叶植物,但单子叶植物的再生比较困难,因而农杆菌转化单子叶植物仍然是比较困难的。1984 年科学家发现,超螺旋结构的细菌质粒,虽然不能在植物细胞中复制,但可以重组整合到植物染色体内。重组机制并不清楚。因为细菌质粒与植物DNA之间没有同源性。事实上整合是随机的发生在植物染色体的任何位点。受这一现象的启发产生了基因直接转化技术。
    1 基因枪转化法
    基因枪(particle gun)介导转化法又称微弹轰击法(microprojectile bombardment, particlebombardment, biolistic),是指利用火药爆炸、高压气体和高压放电作为驱动力(这一加速设备称为基因枪),将载有目的基因的金属颗粒加速,高速射入植物组织和细胞中,然后通过细胞和组织培养技术,再生出新的植株。
    美国Cornell 大学最早研制了火药基因枪。1990 年,美国杜邦公司推出了商品基因枪PDS-1000 系统。此后,高压放电、压缩气体驱动等各种类型的基因枪相继出现,并在实际应用中得到不断改进和发展,使基因枪转化法成为继农杆菌介导转化法之后又一广泛应用的转化技术。根据动力系统,可将基因枪分为3 种类型。第一类是利用火药爆炸力作为加速动力;第二类是以高压气体作为动力;第三类是以高压放电作为驱动力。尽管基因枪有各种不同的类型,但基因枪转化的基本步骤如下:①受体细胞或组织的准备和预处理;②DNA微弹的制备;③受体材料的轰击;④轰击后外植体的培养和筛选。
    基因枪转化率差异很大,一般在10-3~10-2之间。但有的报道其转化率高达2.0%,而有的报道仅有10-4。相对于农杆菌介导的转化率要低得多。而且基因枪转化成本高;嵌合体比率大;遗传稳定性差。此外,通过基因枪法整合进植物细胞基因组中的外源基因通常是多拷贝的,可导致植物自身的某些基因非正常表达,还可能发生共抑制现象(co-suppression)。即使这样,该方法得到了广泛应用,因其具有如下优点:①无宿主限制,无论是单子叶植物和双子叶植物都可以应用;②可控度高,操作简便迅速,商品化的基因枪都可以根据实验需要调控微弹的速度和射入浓度,命中特定层次的细胞;③受体类型广泛,原生质体、叶圆片、悬浮培养细胞、茎、根、以及种子的胚、分生组织、愈伤组织、花粉细胞、子房等几乎所有具有分生潜力的组织或细胞都可以用基因枪进行轰击;④可将外源基因导入植物细胞的细胞器,并可得到稳定表达。正因为基因枪这些优点,使基因枪成功的应用于植物基因转化,特别是单子叶植物的转化;外源基因导入植物细胞器等。

    2 聚乙二醇法
    聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)是一种水溶性的化学渗透剂,分子质量1500~6000,pH4.6~6.5,因多聚程度不同而异。PEG法的原理是它可使细胞膜之间或使DNA与膜形成分子桥,促使相互间的接触和粘连,并可通过改变细胞膜表面的电荷,引起细胞膜透性的改变,从而诱导原生质体摄取外源基因DNA。
    在PEG 转化过程中,常需加入磷酸钙,这是因为磷酸钙可与DNA结合形成DNA-磷酸钙复合物而使DNA 沉积在原生质体的膜表面,并促进细胞发生内吞作用。此外,高pH 可诱导外源DNA分子的摄取。因此,PEG 转化时常将溶液的pH 调到8.0左右。

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