原生质体融合：方法和机制

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介绍

原生质体融合是遗传工程、植物育种和植物生物技术中使用的一种技术。它涉及两个植物原生质体（或已去除细胞壁的细胞）的融合，以创造杂交植物。原生质体融合已被用于创造具有理想性状的新植物品种，例如抗病性、产量提高和营养价值提高。让我们讨论原生质体融合的方法和机制。

原生质体

原生质体融合的方法

原生质体融合有几种方法，每种方法都有其自身的优缺点。最常见的方法是电融合、化学融合和病毒融合。

电融合

电融合涉及使用电流将两个原生质体融合在一起。原生质体被放置在含有低浓度离子（例如钙或镁）的溶液中，然后进行电流处理。电流导致原生质体膜变得具有渗透性，使它们能够融合在一起。

与其他原生质体融合方法相比，电融合具有多种优势。它是一种快速有效的方法，成功率高。它也是一个相对简单的过程，不需要任何昂贵的设备。

但是，电融合也有一些缺点。电流会损坏原生质体，降低其活力。该过程还会产生热量，这会进一步损坏原生质体。最后，电融合难以控制，并且可能难以在融合过程中实现高度的特异性。

化学融合

化学融合涉及使用化学试剂将两个原生质体融合在一起。最常用的化学试剂是聚乙二醇 (PEG)。PEG 是一种水溶性聚合物，可以与细胞膜形成氢键。当将 PEG 添加到含有原生质体的溶液中时，它会导致原生质体膜融合在一起。

与电融合相比，化学融合具有多种优势。它是一种更温和的方法，不会损坏原生质体。它也是一个高度可控的过程，允许在融合过程中实现高度的特异性。

但是，化学融合也有一些缺点。该过程可能非常耗时，需要几个小时才能完成。它还需要仔细优化 PEG 浓度和孵育时间，以及溶液的 pH 值和温度。最后，化学融合的成功率低于电融合，使其成为效率较低的方法。

病毒融合

病毒融合涉及使用病毒将两个原生质体融合在一起。对病毒进行基因工程改造，使其表达一种与原生质体表面结合的蛋白质，从而使它们能够融合在一起。

与其他原生质体融合方法相比，病毒融合具有多种优势。它是一种高度特异性的方法，可以精确控制融合过程。它也是一种更温和的方法，不会损坏原生质体。

但是，病毒融合也有一些缺点。该过程可能非常耗时，因为它需要对病毒进行基因工程改造。它还需要仔细优化病毒浓度和孵育时间。最后，病毒融合是一种效率较低的方法，其成功率低于电融合或化学融合。

原生质体融合的机制

原生质体融合涉及多种机制，使原生质体膜能够融合在一起。这些机制包括膜失稳、膜融合和细胞壁再生。

膜失稳

膜失稳涉及破坏原生质体膜的脂质双层。这可以通过使用电流、PEG 等化学试剂或与原生质体表面结合的病毒蛋白来实现。

破坏脂质双层会导致原生质体膜变得更具渗透性，使它们能够融合在一起。这是因为膜中的脂质不再以稳定的构型排列，这使得两个膜能够融合。

膜融合

膜融合涉及将两个原生质体膜合并成一个膜。这是由于脂质双层失稳和两个膜之间形成新的脂质键而发生的。

膜融合过程由一组称为融合蛋白的蛋白质促进。这些蛋白质负责将两个膜连接在一起并促进它们的融合。在某些情况下，融合蛋白是天然存在的蛋白质，而在其他情况下，它们是通过基因工程引入原生质体的。

细胞壁再生

原生质体膜融合在一起后，所得的杂交细胞缺乏细胞壁。为了创造一个可行的植物，必须再生一个新的细胞壁。细胞壁再生可以通过两种机制发生：自再生和通过支撑基质再生。

• 自再生涉及原生质体本身合成新的细胞壁材料。当原生质体分泌新的细胞壁材料并在融合的原生质体周围构建新的细胞壁时，就会发生这种情况。

• 通过支撑基质再生涉及将融合的原生质体放置在支撑基质上，例如琼脂平板。然后，原生质体在基质上合成新的细胞壁材料，在融合的原生质体周围形成新的细胞壁。

原生质体融合的应用

原生质体融合在植物生物技术和育种中有多种应用。一些最重要的应用包括：

创造新的植物品种

原生质体融合可用于通过融合两种不同植物物种的原生质体来创造新的植物品种。这将创造出一种杂交植物，具有来自两种亲本植物的理想性状。

基因工程

原生质体融合可用于将新的遗传物质引入植物。通过将供体植物的原生质体与受体植物的原生质体融合，可以将供体植物的遗传物质引入受体植物。

抗病性

原生质体融合可用于创造抗特定疾病的植物。这可以通过将抗病植物的原生质体与易感植物的原生质体融合来实现，从而创造出具有供体植物抗病性的杂交植物。

产量提高

原生质体融合可用于创造产量更高的植物。这可以通过融合两种具有互补性状的植物的原生质体来实现，例如一种植物产量高，另一种植物对压力具有高耐受性。

营养价值

原生质体融合可用于创造营养价值更高的植物。这可以通过融合两种具有互补营养成分的植物的原生质体来实现，从而创造出营养成分得到改善的杂交植物。

结论

原生质体融合是植物生物技术和育种中一种有价值的工具。它允许创造具有理想性状的新植物品种，例如抗病性、产量提高和营养价值提高。

原生质体融合有几种方法，包括电融合、化学融合和病毒融合，每种方法都有其自身的优缺点。原生质体融合的机制涉及膜失稳、膜融合和细胞壁再生。

通过了解原生质体融合的方法和机制，研究人员可以继续开发具有改进性状的新型创新植物品种。