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什么是DNA直接转化法

2021.11.01

通过生物学、物理学和化学等方法使外源裸露DNA进入受体细胞,并在受体细胞内稳定维持和表达的过程称为转化。如果外源DNA分子是病毒(噬菌体)的DNA或cDNA,那么把此过程也称为转染。(1)直接转化法:有的微生物细胞在不加任何处理的情况下就能直接摄取外源DNA,只要外源DNA与这样的细胞混合,在适宜的条件下悬浮培养,就能完成外源DNA的转化。

(2)化合物诱导转化法:用二价阳离子(如Mgsuperscript2+superscript、Casuperscript2+superscript、Mnsuperscript2+superscript)处理某些受体细胞,可以使其成为感受态细胞,即处于能摄取外源DNA分子的生理状态的细胞。采用这种转化方法,1μg质粒DNA可以获得5×10superscript6superscript7×10superscript7superscript个被转化的菌落(转化子),这是实验室中常用于微生物的一种转化方法。

(3)接合转化法:接合转化是通过供体细胞同受体细胞间的直接接触而传递外源DNA的方法。该转化系统一般需要三种不同类型的质粒,即接合质粒、辅助质粒和运载质粒(载体)。这三种质粒共存于同一宿主细胞,与受体细胞混合,通过宿主细胞与受体细胞的直接接触,使运载质粒进入受体细胞,并在其中能稳定维持。现在常把接合质粒和辅助质粒同处于一宿主细胞(辅助细胞),再与单独含有运载质粒的宿主细胞(供体细胞)和被转化的受体细胞混合,使运载质粒进入受体细胞,并在其中能稳定维持。也有把接合质粒和运载质粒同处于一宿主细胞,再与单独含有辅助质粒的宿主细胞和被转化的受体细胞混合进行转化的。由于整个接合转化过程涉及到3种有关的细菌菌株,因此称为三亲本接合转化法,此方法主要用于微生物细胞的基因转化。

(4)激光微束穿孔转化法:此方法是利用直径很小、能量很高的激光微束(laser:microbeam)聚焦成微米级的微束照射受体细胞,利用其热损伤效应可导致细胞膜的可逆性穿孔。根据这一原理,在荧光显微镜下找出合适的细胞,然后用激光光源替代荧光光源进行照射,导致细胞膜穿孔,处于细胞周围的外源DNA分子随之进入细胞。这种方法操作简便快捷,基因转移效率高,无宿主限制,可适用于各种植物细胞、组织、器官的转化操作,并且由于激光微束直径小于细胞器,可对线粒体和叶绿体等细胞器进行基因操作,但该方法因仪器昂贵,转化率较低,故有待于进一步研究和完善。

(5)超声波处理转化法:由于超声波频率高、波长短,因而在传播过程中具有定向性好、能量大、穿透力强等特征。超声波法转化(ultrasonic:transformation)法就是利用低声强脉冲超声波的生物学效应击穿细胞膜造成通道,从而使外源DNA进入细胞。此转化途径可以避免脉冲高压对细胞的损伤作用,有利于原生质体的存活。超声波处理转化法的转化率较高,并且利用超声波处理可以避免使用电穿孔转化时高电压脉冲对细胞的损伤,有利于细胞存活,目前主要用于微生物细胞的基因转化。此外,该法具有操作简便、设备便宜、不受宿主范围限制等优点。

(6)脂质体介导转化法:脂质体(liposome)法是根据生物膜的结构和功能特征,用磷脂等脂类化学物质合成的双层膜囊将DNA或RNA包裹成球状,导入原生质体或细胞,以实现遗传转化的目的。脂质体法有两种具体方法:其一是脂质体融合法(liposome:fusion),先将脂质体与原生质体共培养,使脂质体与原生质体膜融合,而后通过原生质体的吞噬作用把脂质体内的外源DNA或RNA分子高效地转入到植物的原生质体内,最后通过原生质体培养技术,再生出新的植株;其二是脂质体注射法(liposome:injection),通过显微注射把含有外源遗传完整的脂质体注射到植物细胞以获得转化。

(7)电击法:电击法(eletroporation)也称电穿孔法,其原理是利用高压电脉冲作用在原生质体上“电激穿孔”,形成可逆的瞬间通道,从而促进外源目的基因的摄入。随着技术的改进,并与化学法结合,目前该法的转化率可高达1.2%。

(8)磷酸钙转染法:磷酸钙转染法的依据是有的动物细胞能捕获黏附在细胞表面的DNA—磷酸钙沉淀物,使DNA转入细胞。基本操作过程为:将待转染的外源DNA同CaClsubscript2subscript混合制成CaClsubscript2subscript·DNA溶液,逐滴加入到不断搅拌的Hepers—磷酸钙溶液中,形成DNA—磷酸钙共沉淀复合物,然后用吸管将沉淀复合物黏附在哺乳动物单层培养细胞的表面上,保温几小时后,用新鲜培养液洗净细胞,再用新鲜培养基继续培养,直至外源基因表达。


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