植物转化及其方法

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简介

植物转化是将外源基因或遗传物质导入植物基因组的过程，从而产生转基因生物（GMO）。

它是一种强大的工具，彻底改变了植物生物技术领域，使科学家能够开发出抗虫害和疾病、产量更高以及能够在恶劣环境条件下生长的作物。下面讨论了广泛使用的各种植物转化方法。

农杆菌介导转化

农杆菌介导转化是植物转化中最广泛使用的方法。它涉及使用一种称为根癌农杆菌的土壤细菌，该细菌能够将其 DNA 片段（称为 T-DNA）转移到植物基因组中。

T-DNA 通常由两个边界序列包围，这些序列被细菌的 VirD2 和 VirE2 蛋白识别，从而使其能够转移到植物细胞中。

农杆菌介导转化的第一步是准备用于转化的植物组织。这可以通过使用胚性组织（例如未成熟胚）或使用外植体（植物组织的小块）来完成。

然后将外植体培养在含有称为生长素的激素的培养基中，该激素诱导愈伤组织的形成。一旦愈伤组织形成，就会将其暴露于经过修饰的农杆菌菌株中，该菌株在 T-DNA 上携带所需的感兴趣基因。

然后允许农杆菌感染植物组织，将 T-DNA 转移到植物基因组中。然后使用抗生素或除草剂选择转化的组织，杀死未转化的组织，从而导致转基因植物的生长。

生物弹道转化

生物弹道转化，也称为粒子轰击或基因枪转化，是另一种植物转化方法。它涉及使用类似枪的装置将涂有 DNA 的微小颗粒射入植物组织，从而使外源基因整合到植物基因组中。

生物弹道转化的第一步是制备涂有 DNA 的颗粒。这通常是通过将微小的金或钨颗粒涂上感兴趣的基因来完成的，然后将其装入基因枪中。然后将植物组织暴露于基因枪，基因枪将颗粒射入组织，从而使外源 DNA 整合到植物基因组中。

与农杆菌介导转化相比，生物弹道转化具有多种优势。主要优势之一是它可用于双子叶植物和单子叶植物，使其成为一种更通用的植物转化方法。

但是，生物弹道转化也有一些局限性。主要局限性之一是它可能导致外源 DNA 随机整合到植物基因组中，这可能导致植物表型的不可预测影响。

电穿孔

电穿孔是一种植物转化方法，它涉及使用电场将外源 DNA 导入植物细胞。电场在细胞膜上产生临时孔，使外源 DNA 能够进入细胞并整合到植物基因组中。

电穿孔的第一步是准备用于转化的植物组织。这通常是通过使用胚性组织或原生质体来完成的，原生质体是已去除细胞壁的植物细胞。然后将原生质体悬浮在含有外源 DNA 的溶液中，并暴露于电场，这会导致 DNA 进入细胞。

与其他植物转化方法相比，电穿孔具有多种优势。主要优势之一是它可用于广泛的植物物种，包括双子叶植物和单子叶植物。

但是，电穿孔也有一些局限性。主要局限性之一是它可能对植物组织造成损害，这会影响转化细胞的活力。

显微注射

显微注射是一种植物转化方法，它涉及使用细针将外源 DNA 直接注入植物细胞。

显微注射的第一步是准备用于转化的植物组织。这通常是通过使用胚性组织或原生质体来完成的，原生质体是已去除细胞壁的植物细胞。然后将原生质体悬浮在含有外源 DNA 的溶液中，并用针头注射，这使得 DNA 能够进入细胞。

与其他植物转化方法相比，显微注射具有多种优势。主要优势之一是它允许精确控制注射过程，这可以导致高转化效率。

但是，显微注射也有一些局限性。主要局限性之一是它可能是一个耗时且劳动密集型的过程，因为每个细胞都必须单独注射。此外，显微注射可能对植物组织造成损害，这会影响转化细胞的活力。

植物转化的应用

植物转化在植物生物技术领域有许多应用。

• 主要应用之一是开发抗虫害和疾病的作物。这通常是通过导入编码对害虫有毒的蛋白质或赋予植物对特定疾病抗性的基因来实现的。

• 植物转化的另一个应用是开发产量更高或能够在恶劣环境条件下生长的作物。这通常是通过导入控制植物生长发育或使植物能够承受非生物胁迫因素（如干旱、高温或低温）的基因来实现的。

• 植物转化也用于生产植物来源的药物，例如疫苗或抗体。这通常是通过导入编码所需蛋白质的基因来实现的，然后可以从植物组织中提取并纯化用于人类或动物医学。

结论

植物转化是一种强大的工具，彻底改变了植物生物技术领域，使科学家能够开发出抗虫害和疾病、产量更高以及能够在恶劣环境条件下生长的作物。