什么是DNA直接轉(zhuǎn)化法
通過生物學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)等方法使外源裸露DNA進(jìn)入受體細(xì)胞,并在受體細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定維持和表達(dá)的過程稱為轉(zhuǎn)化。如果外源DNA分子是病毒(噬菌體)的DNA或cDNA,那么把此過程也稱為轉(zhuǎn)染。(1)直接轉(zhuǎn)化法:有的微生物細(xì)胞在不加任何處理的情況下就能直接攝取外源DNA,只要外源DNA與這樣的細(xì)胞混合,在適宜的條件下懸浮培養(yǎng),就能完成外源DNA的轉(zhuǎn)化。
(2)化合物誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化法:用二價陽離子(如Mgsuperscript2+superscript、Casuperscript2+superscript、Mnsuperscript2+superscript)處理某些受體細(xì)胞,可以使其成為感受態(tài)細(xì)胞,即處于能攝取外源DNA分子的生理狀態(tài)的細(xì)胞。采用這種轉(zhuǎn)化方法,1μg質(zhì)粒DNA可以獲得5×10superscript6superscript7×10superscript7superscript個被轉(zhuǎn)化的菌落(轉(zhuǎn)化子),這是實驗室中常用于微生物的一種轉(zhuǎn)化方法。
(3)接合轉(zhuǎn)化法:接合轉(zhuǎn)化是通過供體細(xì)胞同受體細(xì)胞間的直接接觸而傳遞外源DNA的方法。該轉(zhuǎn)化系統(tǒng)一般需要三種不同類型的質(zhì)粒,即接合質(zhì)粒、輔助質(zhì)粒和運載質(zhì)粒(載體)。這三種質(zhì)粒共存于同一宿主細(xì)胞,與受體細(xì)胞混合,通過宿主細(xì)胞與受體細(xì)胞的直接接觸,使運載質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞,并在其中能穩(wěn)定維持?,F(xiàn)在常把接合質(zhì)粒和輔助質(zhì)粒同處于一宿主細(xì)胞(輔助細(xì)胞),再與單獨含有運載質(zhì)粒的宿主細(xì)胞(供體細(xì)胞)和被轉(zhuǎn)化的受體細(xì)胞混合,使運載質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞,并在其中能穩(wěn)定維持。也有把接合質(zhì)粒和運載質(zhì)粒同處于一宿主細(xì)胞,再與單獨含有輔助質(zhì)粒的宿主細(xì)胞和被轉(zhuǎn)化的受體細(xì)胞混合進(jìn)行轉(zhuǎn)化的。由于整個接合轉(zhuǎn)化過程涉及到3種有關(guān)的細(xì)菌菌株,因此稱為三親本接合轉(zhuǎn)化法,此方法主要用于微生物細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)化。
(4)激光微束穿孔轉(zhuǎn)化法:此方法是利用直徑很小、能量很高的激光微束(laser:microbeam)聚焦成微米級的微束照射受體細(xì)胞,利用其熱損傷效應(yīng)可導(dǎo)致細(xì)胞膜的可逆性穿孔。根據(jù)這一原理,在熒光顯微鏡下找出合適的細(xì)胞,然后用激光光源替代熒光光源進(jìn)行照射,導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔,處于細(xì)胞周圍的外源DNA分子隨之進(jìn)入細(xì)胞。這種方法操作簡便快捷,基因轉(zhuǎn)移效率高,無宿主限制,可適用于各種植物細(xì)胞、組織、器官的轉(zhuǎn)化操作,并且由于激光微束直徑小于細(xì)胞器,可對線粒體和葉綠體等細(xì)胞器進(jìn)行基因操作,但該方法因儀器昂貴,轉(zhuǎn)化率較低,故有待于進(jìn)一步研究和完善。
(5)超聲波處理轉(zhuǎn)化法:由于超聲波頻率高、波長短,因而在傳播過程中具有定向性好、能量大、穿透力強(qiáng)等特征。超聲波法轉(zhuǎn)化(ultrasonic:transformation)法就是利用低聲強(qiáng)脈沖超聲波的生物學(xué)效應(yīng)擊穿細(xì)胞膜造成通道,從而使外源DNA進(jìn)入細(xì)胞。此轉(zhuǎn)化途徑可以避免脈沖高壓對細(xì)胞的損傷作用,有利于原生質(zhì)體的存活。超聲波處理轉(zhuǎn)化法的轉(zhuǎn)化率較高,并且利用超聲波處理可以避免使用電穿孔轉(zhuǎn)化時高電壓脈沖對細(xì)胞的損傷,有利于細(xì)胞存活,目前主要用于微生物細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)化。此外,該法具有操作簡便、設(shè)備便宜、不受宿主范圍限制等優(yōu)點。
(6)脂質(zhì)體介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法:脂質(zhì)體(liposome)法是根據(jù)生物膜的結(jié)構(gòu)和功能特征,用磷脂等脂類化學(xué)物質(zhì)合成的雙層膜囊將DNA或RNA包裹成球狀,導(dǎo)入原生質(zhì)體或細(xì)胞,以實現(xiàn)遺傳轉(zhuǎn)化的目的。脂質(zhì)體法有兩種具體方法:其一是脂質(zhì)體融合法(liposome:fusion),先將脂質(zhì)體與原生質(zhì)體共培養(yǎng),使脂質(zhì)體與原生質(zhì)體膜融合,而后通過原生質(zhì)體的吞噬作用把脂質(zhì)體內(nèi)的外源DNA或RNA分子高效地轉(zhuǎn)入到植物的原生質(zhì)體內(nèi),最后通過原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù),再生出新的植株;其二是脂質(zhì)體注射法(liposome:injection),通過顯微注射把含有外源遺傳完整的脂質(zhì)體注射到植物細(xì)胞以獲得轉(zhuǎn)化。
(7)電擊法:電擊法(eletroporation)也稱電穿孔法,其原理是利用高壓電脈沖作用在原生質(zhì)體上“電激穿孔”,形成可逆的瞬間通道,從而促進(jìn)外源目的基因的攝入。隨著技術(shù)的改進(jìn),并與化學(xué)法結(jié)合,目前該法的轉(zhuǎn)化率可高達(dá)1.2%。
(8)磷酸鈣轉(zhuǎn)染法:磷酸鈣轉(zhuǎn)染法的依據(jù)是有的動物細(xì)胞能捕獲黏附在細(xì)胞表面的DNA—磷酸鈣沉淀物,使DNA轉(zhuǎn)入細(xì)胞。基本操作過程為:將待轉(zhuǎn)染的外源DNA同CaClsubscript2subscript混合制成CaClsubscript2subscript·DNA溶液,逐滴加入到不斷攪拌的Hepers—磷酸鈣溶液中,形成DNA—磷酸鈣共沉淀復(fù)合物,然后用吸管將沉淀復(fù)合物黏附在哺乳動物單層培養(yǎng)細(xì)胞的表面上,保溫幾小時后,用新鮮培養(yǎng)液洗凈細(xì)胞,再用新鮮培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng),直至外源基因表達(dá)。