农杆菌介导的转基因玉米种子的获得?( 五 )


农杆菌介导的遗传转化是大多数双子叶植物转化中常采用的方法,但由于农杆菌具有宿主局限性,极少能感染单子叶植物,特别是一些重要的农作物如水稻、小麦、玉米等对农杆菌不敏感,难于应用此法进行遗传转化 。
除上述以Ti质粒为载体的基因转化外,还可以用脂质体(liposome)为载体进行遗传转化 。脂质体是由磷脂组成的膜状结构,因此可将DNA分子包装在脂质体内以避免受体细胞DNase的降解,把DNA分子导入到植物的原生质体中去 。
(二)基因直接转移的方法 这是指既不依赖于农杆菌,也不依赖其他载体或媒介的一些基因转移方法 。
1.电激和电注射法 电脉冲能改变细胞膜的透性 。通过高压电脉冲的电激穿孔作用把外源DNA引入植物原生质体的方法就称为电激法(electroporation) 。这种方法现已较广泛地应用于单子叶和双子叶植物以及动物的基因转移,如20世纪80年代末用此法将新霉素磷酸转移酶(NPT Ⅱ)基因转入玉米自交系的原生质体,已再生成植株 。
通过电激技术把基因直接引入完整的植物细胞或组织的方法,称作电注射(electroinjection) 。这种方法可避免原生质体培养和再生成植株的繁杂操作与困难,因而具有巨大的应用潜力 。
2.基因枪法 基因枪法又称粒子轰击技术(particle bombardment) 。这一方法是用粒子枪把表面吸附有外源DNA的金属微粒高速地射进植物细胞或组织 。由于此法快速简便,不受宿主范围限制,而受体植物细胞不需去除细胞壁,转化率又高,被转化的细胞或组织容易再生成植株,因而颇受关注 。
3.微注射法 微注射法(microinjection)是利用显微注射仪等,通过机械的方法将外源基因或DNA直接注入细胞核或细胞质 。与其他方法相比,这个方法对外源遗传物质的导入更为直接和有效 。
微注射法除用于植物细胞外,近些年还发展到用于直接注射植物子房,这样更有利于外源遗传物质对幼胚的转化 。这方面的工作我国于20世纪70年代即已进行了理论与实践的探索,并已获得抗枯萎病的棉花转化植株抗虫棉等 。
二、转基因动物技术及其应用
(一)转基因动物的概念 借助基因工程技术把外源目的基因导入生殖细胞、胚胎干细胞和早期胚胎,并在受体染色体上稳定整合,使之经过各种发育途径得到能把外源目的基因传给子代的个体,即转基因动物(transgenic animal) 。转入的目的基因称为转基因(transgene),这种转移目的基因的过程称为转基因作用(transgenesis) 。关于“转基因”的概念,通常只限于动、植物中经基因工程技术进行的基因转移,因此品种间不论有性或无性杂交获得新基因的途径都不属此范畴 。
(二)转基因动物技术 转基因动物技术是20世纪80年代初发展起来的一项生物技术,它克服了物种之间的生殖隔离,实现了动物物种之间遗传物质的交换和重组 。根据外源基因导入的方法和对象的不同,至今主要有3种途径可以产生转基因动物,即显微注射法、反转录病毒法和胚胎干细胞法 。反转录病毒转移基因的基本方法在前面已有简介,这里只介绍显微注射法和胚胎干细胞法两种 。
1.受精卵原核显微注射法 显微注射技术是从动物胚胎学研究移核实验的基础上发展而来 。20世纪80年代初期人们利用这一方法向动物生殖细胞转移外源基因,成功地建立了转基因小鼠 。1985年转基因绵羊和转基因猪问世,以后转基因大鼠、兔、鸡、牛、鱼等都已陆续取得成功,可见显微注射法是迄今应用得较为普遍而又最有成效的一种获得转基因动物的技术 。
本方法是在显微镜下,用直径约为1μm的玻璃管直接插入受精卵的雄原核内,将毛细管内所带有的外源基因的DNA注入原核,然后将其移植到假孕母体输卵管或子宫内并发育成子代个体 。为了解转基因的整合情况,可酌情应用斑点杂交、多聚酶链式反应或Southern印迹杂交等方法对子代个体DNA进行检测 。
显微注射法的优点是导入的外源基因片段可长达50 kb,且无需载体,外源基因在宿主染色体上的整合率相对较高 。其不足之处是外源基因的整合是随机的,因而难以控制其整合率;再者,对外源基因能否稳定整合于受体基因组的检测,必须等到子一代个体出生后经过选择才能确定,不利于在生育期长、产仔少的大家畜中应用 。
2.胚胎干细胞介导法 胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES)是指从哺乳动物胚胎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多能性,能够分化出各种组织 。20世纪80年代中期人们开始研究利用ES细胞获得转基因动物的方法 。这个途径是将外源基因直接导入ES细胞,经体外培养筛选后再注入到受体囊胚腔中,与其中的囊胚细胞聚集在一起,成为受体胚胎的一部分,参与其分化 。由这种胚胎发育而成嵌合体的转基因动物,即其中有一部分组织来源于整合有外源基因的供体ES细胞 。在嵌合过程中,被转化的ES细胞分化而成的生殖细胞可通过杂交将引入的外源基因传递下去 。

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