微型染色体 - 概述

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简介

染色体是细丝状的 结构，构成遗传物质最重要的部分，主要存在于真核细胞的细胞核内，因为真核细胞具有细胞膜，而在原核细胞中则散布于细胞质中。在细胞分裂过程中，染色质浓缩形成含有着丝粒和染色单体的棒状结构。

微型染色体是类似于染色体的线状结构，包含着丝粒、染色单体、端粒和复制起点。但它们与染色体的区别在于它们包含一些额外的遗传物质，并且通常能够独立分裂。

微型染色体的结构

微型染色体需要所有必要的组成部分，即着丝粒、染色单体和端粒，才能正常发挥功能并实现平稳的细胞分裂。着丝粒是细胞分裂过程中形成着丝点的必要条件，复制起点维持着染色体的绝对数量，而位于染色体末端的端粒有助于防止染色体发生任何降解。以下是典型微型染色体的组成部分：

着丝粒

它是微型染色体中央和最密集的部分。它有助于在细胞分裂过程中分离染色体。

• 这一部分利用着丝点蛋白，帮助微管附着到着丝粒上，最终在细胞分裂过程中向两极移动。

• 着丝粒复合物的形成需要编码组蛋白 H3 蛋白的特定序列。

复制起点

当细胞在适当的时间分裂时，细胞就会发生繁殖。DNA 在复制过程中发生复制，确保子细胞中遗传物质的均等分配。

• 染色体的大小主要决定了复制起点位点的数量。通常，真核生物具有许多复制起点，有助于大型线性染色体的复制。但原核生物在其环状 DNA 中只有一个复制起点位点。

• 对于微型染色体，无需特别识别复制起始结构。

端粒

端粒位于染色体的末端，是重复序列以及相关蛋白质。它们有助于保护染色体的末端免受端到端融合或任何降解。

• 这种保护功能可以归因于末端存在的称为 G 环的序列。

• 在构建微型染色体时，会引入具有所需转基因的端粒序列。

生产微型染色体的方法

通常使用两种方法通过基因工程生产微型染色体。它们是：

• 自下而上

• 自上而下

自下而上的方法

分子克隆技术用于通过组装基本成分（即着丝粒、端粒和复制起点）在实验室条件下或体外生产所需的微型染色体。

• 在下一步中，构建的微型染色体被转化到合适的宿主（如酵母）中，该宿主可以组装微型染色体的所有成分并使其发挥功能。

• 由于大多数物种不兼容并且它们的着丝粒本质上是异染色质，因此与自上而下的方法相比，这种方法更难。

自上而下的方法

此方法涉及宿主细胞自身端粒序列的转化。整个过程称为端粒截短。

• 可以在这些截短区域插入新的感兴趣基因。此方法优于从头方法，因为大多数物种是兼容的，并且产生的微型染色体数量也更多。这些微型染色体可用于基因工程。

• 尽管此过程费力，但它仍然是首选，因为微型染色体在细胞分裂过程中保持稳定。

微型染色体技术的应用

• 在传统的基因工程中，一次只能转移一两个基因，但使用微型染色体可以转移和表达多个基因。此外，传统的基因工程方法可能会通过插入新基因来破坏宿主细胞的基因，从而损害宿主细胞。

• 很难评估新插入的基因从一代到下一代的遗传方式。但这可以通过微型染色体轻松控制。

• 由于微型染色体技术允许在同一染色体上进行基因堆叠，因此新性状分离的机会较少。

• 端粒截短和随后产生微型染色体的过程最早是在玉米中完成的。这项技术用于将感兴趣的基因插入植物基因组中。不仅在玉米中，而且在其他植物物种中也成功地使用了这种技术。

• 这项技术的主要优势之一是它与宿主基因组兼容，因此对宿主细胞的损害较小，并且不会干扰正常的细胞分裂和基因表达过程。因此，它可用于提高许多作物品种的生产力和产量。

结论

微型染色体技术自 2006 年以来一直被使用，当时一组携带所需性状的基因被转化到玉米植株中。从那时起，这项技术就主导了传统的基因工程技术，因为它提供了更大的优势并减少了对宿主细胞的损害。但该技术尚未在动物细胞中实施，并且该领域正在进行大量的工作。