關(guān)于基因的科技論文范文1500字?jǐn)?shù)

　　基因工程科技又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)，下面是小編為大家精心推薦的關(guān)于基因的科技論文范文1500字?jǐn)?shù)，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>

　　關(guān)于基因的科技論文范文1500字?jǐn)?shù)篇一

　　基因槍法轉(zhuǎn)化水稻的研究進(jìn)展

　　摘要：水稻(Oryza sativa)是世界上最主要的糧食作物之一。近年來，DNA重組技術(shù)、遺傳操作技術(shù)、水稻基因圖譜的研究取得了顯著 發(fā)展，美國Monsanto 公司2000年4月、Syngenta公司2001年2月先后宣告完成粳稻日本晴(Nipponbare)基因組測序草圖。我國也已宣布完成秈稻9311的序列框架圖。目前以大規(guī)模分離、鑒定基因組序列功能為特征的水稻功能基因組研究正在迅速發(fā)展，而這一研究之后必然是依托于高效的水稻遺傳轉(zhuǎn)化體系，因此水稻遺傳轉(zhuǎn)化研究越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　水稻遺傳轉(zhuǎn)化體系已比較完善，農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、基因槍法、PEG法、花粉管通道法等方法均在水稻遺傳轉(zhuǎn)化中 應(yīng)用并獲得轉(zhuǎn)基因植株，但目前用的最多的方法是基因槍法和農(nóng)桿菌介導(dǎo)法。禾谷類作物由于不是農(nóng)桿菌的天然宿主，曾一度限制了農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化水稻?；驑尫ㄓ捎谄錄]有宿主限制，對(duì)單子葉和雙子葉植物都能進(jìn)行有效地轉(zhuǎn)化，因而得到了很大的發(fā)展。本文就基因槍法的基本原理及其優(yōu)缺點(diǎn)、影響基因槍法轉(zhuǎn)化水稻的幾個(gè)關(guān)鍵因素、外源基因的遺傳特性及存在的問題等方面作簡要綜述。

　　1 基因槍法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)

　　1.1 基因槍法的原理

　　基因槍法(paricle gun)又稱微彈轟擊法(micro- projecticle bombardment，Particle bombardment，or biolistics)。其基本原理是將外源DNA包被在微小的金?；蜴u粒表面，然后在高壓的作用下，微粒被高速射入受體細(xì)胞或 組織，微粒上的外源DNA進(jìn)入細(xì)胞后，整合到植物染色體上，得到表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)化。

　　1.2 基因槍法的優(yōu)、缺點(diǎn)

　　1.2.1 基因槍法的優(yōu)點(diǎn)

　　(1)無宿主限制?；驑尫ū举|(zhì)上是一種物理過程，沒有宿主限制，對(duì)單子葉和雙子葉植物都能進(jìn)行有效地轉(zhuǎn)化。以原生質(zhì)體為受體的PEG轉(zhuǎn)化法、電擊法、脂質(zhì)介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法和顯微注射法等雖然可以用于單子葉植物的轉(zhuǎn)化，然而，以原生質(zhì)體作為受體材料要求受體系統(tǒng)具有良好的再生性能，這對(duì)于大多數(shù)禾谷類作物來說是較困難的，而且其再生的周期比較長，再生過程容易產(chǎn)生變異。

　　(2)靶受體類型廣泛，不受組織類型限制，幾乎所有具有潛在分生能力的組織或細(xì)胞都可以用基因槍進(jìn)行轟擊轉(zhuǎn)化。目前用于基因槍轉(zhuǎn)化的受體材料十分廣泛，其中包括原生質(zhì)體、懸浮細(xì)胞、根或莖的切段、葉圓片、成熟胚、幼胚、分生組織、愈傷組織、胚芽鞘等幾乎所有具有潛在分化能力的組織或細(xì)胞。

　　(3)可控度高，采用高壓放電或高壓氣體驅(qū)動(dòng)的基因槍，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，將載有外源DNA的金屬顆粒射入特定層次的細(xì)胞(如再生區(qū)的細(xì)胞)，使轉(zhuǎn)化細(xì)胞能再生植株，從而提高轉(zhuǎn)化頻率。

　　(4)操作簡便、快速。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法需要進(jìn)行農(nóng)桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備、共培養(yǎng)、抑菌等操作步驟，PEG轉(zhuǎn)化法、電擊法等需要進(jìn)行原生質(zhì)體分離與培養(yǎng)的繁瑣 工作，而基因槍法是一種物理過程，只要在無菌的條件下將載有外源基因的金屬顆粒轟擊受體材料，就可以進(jìn)行篩選培養(yǎng)，因此它操作簡便、快速。

　　1.2.2 基因槍法的缺點(diǎn)

　　由于基因槍轟擊的隨機(jī)性，外源基因進(jìn)入宿主基因組的整合位點(diǎn)相對(duì)不固定，拷貝數(shù)往往較多，這樣轉(zhuǎn)基因后代容易出現(xiàn)突變、外源基因容易丟失，容易引起基因沉默等現(xiàn)象的發(fā)生，不利于外源基因在宿主植物的穩(wěn)定表達(dá)。而且基因槍價(jià)格昂貴、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。

　　2 影響基因槍法轉(zhuǎn)化水稻的幾個(gè)關(guān)鍵因素

　　2.1 水稻的基因型

　　栽培稻主要有秈稻和粳稻兩個(gè)亞種，其中秈稻品種是熱帶和亞熱帶地區(qū)的主要糧食作物，由于秈稻的組織培養(yǎng)特性及再生能力都與粳稻存在較大差別，在轉(zhuǎn)化過程中，秈稻的轉(zhuǎn)化效率顯著低于粳稻。李良材等用14個(gè)粳稻品種和23個(gè)秈稻品種進(jìn)行了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，其中所用的粳稻都得到轉(zhuǎn)基因植株，平均轉(zhuǎn)化率為10%左右，而秈稻只有14個(gè)得到轉(zhuǎn)基因植株，7個(gè)只得到轉(zhuǎn)基因愈傷組織，尚有2 個(gè)未產(chǎn)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)基因植株的轉(zhuǎn)化頻率只有2%～ 3%，明顯低于粳稻。

　　2.2 外植體類型

　　用于基因槍轉(zhuǎn)化的受體材料十分廣泛，幾乎所有具有潛在分裂分化能力的組織和細(xì)胞都可以作為受體材料，但要想獲得理想的轉(zhuǎn)化結(jié)果，根據(jù)水稻品種的不同，選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化受體材料是十分關(guān)鍵的。目前最常用的水稻基因槍轉(zhuǎn)化受體材料包括成熟胚、幼胚、花藥和幼穗。成熟胚的取材不受生長季節(jié)的限制.因而成為當(dāng)前廣泛采用的受體材料。但對(duì)于某些水稻品種以成熟胚盾片愈傷組織為材料其誘導(dǎo)率很低，而且其愈傷組織繼代過程中往往出現(xiàn)褐化的情況，如培矮64S其愈傷組織的誘導(dǎo)率沒有超過50%。對(duì)于這樣的品種有必要采用以幼穗和幼胚為受體材料。

　　2.3 組織培養(yǎng)條件

　　組織培養(yǎng)條件影響水稻轉(zhuǎn)化效率，對(duì)水稻的愈傷組織培養(yǎng)一般用MB培養(yǎng)基、NB培養(yǎng)基、N6 培養(yǎng)基和MS培養(yǎng)基，易自力等認(rèn)為在培養(yǎng)基中添加2.5～5.0 mg/L的ABA可以有效地改善水稻愈傷組織的質(zhì)量。鄭宏紅等在轉(zhuǎn)化前將受體材料轉(zhuǎn)移到含有一定濃度的甘露醇和山梨醇的高滲培養(yǎng)對(duì)受體材料進(jìn)行處理，可明顯提高GUS基因的時(shí)表達(dá)效果，穩(wěn)定轉(zhuǎn)化的效果也有提高。田文忠等在誘導(dǎo)培養(yǎng)基或繼代培養(yǎng)基中加入細(xì)胞分裂素(玉米素)和萘乙酸，以及愈傷組織的部分干燥處理，這些措施明顯地提高秈稻愈傷組織的再生頻率。葉松青等在幼胚接種前低溫處理4 d或7 d 可提高愈傷組織的再生頻率，在分化培養(yǎng)基加入脯氨酸、DMSO(0.12%二甲基亞砜)能降低愈傷組織的褐化率。

　　2.4 基因槍的轟擊參數(shù)

　　基因槍的轟擊參數(shù)包括微彈的類型、微彈的速度、微彈的射程轟擊壓力、真空室的真空度、轟擊次數(shù)、DNA的純度與濃度、DNA沉淀劑等因素。

　　鎢粒子最先被用于基因槍轉(zhuǎn)化技術(shù)，是將煙草花葉病毒(TMV)RNA吸附到鎢粒子表面，轟擊洋蔥表皮細(xì)胞，經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)病毒RNA能夠進(jìn)行復(fù)制。后來，McCabe(1988)又采用金粉為DNA微粒載體轉(zhuǎn)化大豆成熟利子，獲得了GUS基因的穩(wěn)定表達(dá)。金粉與鎢粉相比較，金粉可能比鎢粉對(duì)細(xì)胞的傷害與毒性更少，且顆粒大小一致。鎢粉比較便宜，但對(duì)某些細(xì)胞可能有毒害作用。

　　微彈運(yùn)動(dòng)速度是影響轉(zhuǎn)化率的一個(gè)重要因素，速度不同對(duì)受體組織和細(xì)胞的穿透力和傷害程度不同。秈稻和粳稻對(duì)微彈的速度要求不盡一致，轟擊時(shí)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)化的受體材料特點(diǎn)做相應(yīng)的調(diào)整。

　　微彈的射程是指樣品室的靶材料與基因槍擋板之間的距離，它是影響轉(zhuǎn)化率的一個(gè)重要因素。射程越大，穿透力越小;而射程越小，穿透力越大。刁現(xiàn)民等研究表明：以400 m/s以下的轟擊速度，10 cm樣品室高度的轉(zhuǎn)化結(jié)果顯著地低于7 cm 的結(jié)果。

　　轟擊壓力也是影響基因槍法轉(zhuǎn)化頻率的一個(gè)重要因素，易自力等在以6 cm的轟擊距離，每槍 100 μg金粉和0.2 μg的DNA用量的條件下，分別使用900 psi，1100 psi，1300 psi這3種不同的壓力膜對(duì)秈稻愈傷組織進(jìn)行基因槍轉(zhuǎn)化，結(jié)果表明900 psi的壓力膜的轉(zhuǎn)化效果最好，每皿平均gus基因瞬時(shí)表達(dá)的藍(lán)點(diǎn)數(shù)最多。

　　轉(zhuǎn)化頻率與彈膛內(nèi)的真空度呈正相關(guān)，但受體材料對(duì)真空度只有一定的耐受性，所以彈膛內(nèi)的真空度有一定的限制。

　　轟擊的次數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)化頻率有一定的影響，易自力等在以6 cm的轟擊距離，每槍100 μg金粉和 O.2 μg的DNA及900 psi壓力膜的情況下，對(duì)秈稻愈傷組織進(jìn)行每皿轟擊1槍、2槍和3槍的比較研究。結(jié)果表明以轟擊2槍的效果最好。但薛銳等對(duì)16個(gè)水稻品種進(jìn)行轟擊1次和2次的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)供試的16個(gè)品種均沒有發(fā)現(xiàn)明顯的差異。

　　DNA純度越高越容易獲得成功的轉(zhuǎn)化。這是因?yàn)楦叨燃兓腄NA射入受體細(xì)胞后整合到植物基因組的幾率更高。

　　DNA的濃度對(duì)基因轉(zhuǎn)化率也有影響，濃度太高容易使微彈粘連成大的凝結(jié)塊而使轉(zhuǎn)化頻率減低。目前對(duì)粳稻品種普遍采用的是金粉和質(zhì)粒 DNA的濃度為每槍500 μg和1 μg，但對(duì)秈稻品種兩者的用量應(yīng)該下降到1/4到1/8。

　　氯化鈣和亞精胺是常用的DNA沉淀劑，使 DNA附著在金屬顆粒的表面，沉淀劑的濃度對(duì)轉(zhuǎn)化頻率有影響。刁現(xiàn)民等在其它轟擊參數(shù)不變的情況下，分別進(jìn)行了不同濃度的CaCl2和不同濃度的亞精胺對(duì)gus基因瞬時(shí)表達(dá)的影響，結(jié)果表明：0.5～1.5 mol/L的CaCl2，30～50 mmol/L的亞精胺的轉(zhuǎn)化率最高。

　　2.5 篩選劑類型

　　在植物基因轉(zhuǎn)化中，外源基因穩(wěn)定整合的頻率低。如何選擇適當(dāng)?shù)暮Y選標(biāo)記以準(zhǔn)確、有效地區(qū)分轉(zhuǎn)化與非轉(zhuǎn)化細(xì)胞，產(chǎn)生選擇壓力，使未轉(zhuǎn)化細(xì)胞不能生長，且不干擾細(xì)胞的正常生長與植株再生是轉(zhuǎn)化成功的重要環(huán)節(jié)之一。較早應(yīng)用于水稻轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的選擇標(biāo)記基因是新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶基因 (NPTⅡ)，對(duì)卡那霉素具有抗性。但由于水稻對(duì)卡那霉素具有天然抗性，沒能廣泛應(yīng)用。G418是一種與卡那霉素餌近的氨基糖苷類抗生素，不能被新霉素磷酸轉(zhuǎn)眵酶激活，用它作選擇標(biāo)記比卡那霉素更有效，而且再生綠苗頻率更高?，F(xiàn)在bar當(dāng)作選擇基因也已被用于水稻遺傳轉(zhuǎn)化研究。潮霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶(HPTⅡ)基因是另一應(yīng)用廣泛且更有效的標(biāo)記基因，它具有對(duì)潮霉素的抗性，用潮霉素可以明顯區(qū)分已轉(zhuǎn)化和未轉(zhuǎn)化的組織。不同選擇劑應(yīng)用濃度和選擇時(shí)間應(yīng)根據(jù)不同材料的具體情況而定。馬炳田等報(bào)道了通過調(diào)節(jié)潮霉素的使用濃度，在抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻研究中提高篩選率，結(jié)果表明：篩選時(shí)潮霉素使用濃度為20～30 mg/L;分化時(shí)潮霉素使用15～25 mg/L，可得到較高的抗性愈傷組織篩選率和綠苗分化率。

　　3 基因槍法轉(zhuǎn)化的外源基因的遺傳特性

　　基因槍法轉(zhuǎn)化是利用物理方法將裸露的DNA 隨機(jī)地導(dǎo)入植物受體細(xì)胞，其有序性和計(jì)量性都較差，整合機(jī)制乜不清楚。外源DNA的整合位點(diǎn)較多，可以在一條染色體或不同染色體上進(jìn)行多位點(diǎn)整合。整合的外源DNA易發(fā)生結(jié)構(gòu)變化和修飾，如丟失、環(huán)化甲基化等。整合外源DNA的拷貝數(shù)也較多，多拷貝的比例相對(duì)較高。整合外源DNA 的遺傳效應(yīng)比較復(fù)雜，基因間的位置效應(yīng)，共抑制現(xiàn)象等表現(xiàn)明顯。整合外源基因的遺傳特性多，轉(zhuǎn)基因植株的表型豐富，F(xiàn)1代植株的分離比例復(fù)雜，有的符合經(jīng)典的孟德爾規(guī)律，但出現(xiàn)3∶1的分離比較少，其遺傳急定性也表現(xiàn)較差。唐祚舜等用基因槍法將潮霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶基因?qū)刖酒贩N 77170，獲得轉(zhuǎn)基因植株，自交后代(T1和T2)潮霉素抗性表現(xiàn)為顯性單基因位點(diǎn)的遺傳方式，符合孟德爾分離規(guī)律。陶利珍等用基因槍法將含有HPT 基因和GUS基因的質(zhì)粒pILTAB227導(dǎo)入Basmati-1 等秈稻品種，對(duì)hpt基因在Basmati-1的各個(gè)世代的遺傳及表達(dá)分析表明：hpt基因普遍呈3∶1的分離，符合單基因控制的孟德爾遺傳規(guī)律。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些株系表現(xiàn)1∶1的分離，推測可能是由于基因沉默的結(jié)果。程在全等用質(zhì)粒pTOK233和 pJPM44分別用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和基因槍法轉(zhuǎn)化水稻愈傷組織，獲得一批轉(zhuǎn)基因植株，總DNA分別用質(zhì)粒上的單切點(diǎn)酶酶切和雙切點(diǎn)酶切后Southern雜交分析轉(zhuǎn)基因拷貝數(shù)及轉(zhuǎn)基因表達(dá)盒數(shù)目，結(jié)果表明：農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法的轉(zhuǎn)基因植株的轉(zhuǎn)基因拷貝數(shù)相對(duì)少一些(平均為2.1和2.3)，而基因槍法轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的轉(zhuǎn)基因植株的轉(zhuǎn)基因拷貝數(shù)相對(duì)多一些 (平均為4.2和5.6)，并且農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法的轉(zhuǎn)基因植株的基因表達(dá)盒DNA重排概率低于由基因槍法轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的轉(zhuǎn)基因植株的基因表達(dá)盒DNA重排概率——農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法的DNA重排概率為 0.07和0.106;由基因槍法轉(zhuǎn)化的DNA重排概率為 0.57和0.66;華志華等通過對(duì)低拷貝數(shù)的轉(zhuǎn)基因植株京引119的世代連續(xù)跟蹤分析以及高世代材料的群體遺傳分析表明，共轉(zhuǎn)化基因bar和cecropin B 在基因組中緊密連鎖并能穩(wěn)定的遺傳和表達(dá)。

　　4 基因槍法的前景展望

　　用基因槍輔助農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化可以提高轉(zhuǎn)化頻率。明小天等用攜帶普通雙元載體的根癌土壤桿菌 EHA105菌株對(duì)粳稻中花8號(hào)不敏感，轉(zhuǎn)化效率較低，低于5%。利用基因槍將根癌土壤桿菌細(xì)胞直接轟擊到水稻愈傷組織中可以顯著提高其轉(zhuǎn)化效率，轉(zhuǎn)化效率可達(dá)7%以上。趙燕等同樣發(fā)現(xiàn)，基因槍法與農(nóng)桿菌介導(dǎo)法相結(jié)合的GUS基因瞬間表達(dá)藍(lán)點(diǎn)數(shù)比單獨(dú)用基因槍法和農(nóng)桿菌介導(dǎo)法時(shí)分別提高了5.48%和12.07%。

　　基因槍可將外源基因?qū)爰?xì)胞器，并且在酵母線粒體、煙草的葉綠體中取得了成功。細(xì)胞器的遺傳系統(tǒng)也具有重要作用，它與細(xì)胞核遺傳系統(tǒng)互相調(diào)節(jié)，共同調(diào)控著細(xì)胞的生命活動(dòng)。利用基因槍技術(shù)為外源基因?qū)胩囟ńM織提供了可能，因此可以用于研究植物的發(fā)育及調(diào)控。如果把外源的特定基因?qū)瞬煌募?xì)胞或不同發(fā)育時(shí)期，則可以研究其基因表達(dá)的特點(diǎn)。通過培養(yǎng)條件的改變可以研究基因表達(dá)的環(huán)竟因素。

　　5 存在的問題及需進(jìn)一步研究的問題

　　基因槍轉(zhuǎn)化技術(shù)從誕生以來已取得了可喜的進(jìn)展，但還是存在不少問題有待進(jìn)一步研究。如轉(zhuǎn)化頻率低，秈稻的轉(zhuǎn)化率一般不到1%，粳稻高一些。目前大多數(shù)只是報(bào)道轉(zhuǎn)化后的瞬時(shí)表達(dá)，而穩(wěn)定遺傳的比例甚少，外源基因的整合機(jī)制等理論問題也不太清楚。為此今后有待進(jìn)一步研究的問題有：(1)應(yīng)進(jìn)一步提高基因槍的可控性、準(zhǔn)確性、精確性;(2)微彈的表面結(jié)構(gòu)、大小、均一性、承載 DNA的量及DNA微彈的制備技術(shù);(3)不同物種，不同組織和細(xì)胞拘轟擊條件;(4)建立高頻率再生的基因轉(zhuǎn)化受體系統(tǒng)。盡管目前植物組織培養(yǎng)的研究已有近80年的歷史，但是建立一個(gè)高頻率的基因轉(zhuǎn)化受體系琉與一般的組織培養(yǎng)獲得再生植株還有很大的差距;(5)轟擊后進(jìn)入受體細(xì)胞的 DNA生物學(xué)變化及其調(diào)控等理論問題。

　　注：

　　(1)參考文獻(xiàn)：略;需者可與本站Email 聯(lián)系，或到中國水稻研究所圖書館查閱;

　　(2)文章來源：云南 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004年35卷第5期;

　　(3)作者單位：湖南 農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院。

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