微型染色體 - 概述

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簡介

染色體是細絲狀的 結構，構成遺傳物質最重要的部分，主要存在於真核細胞的細胞核內，因為真核細胞具有細胞膜，而在原核細胞中則散佈於細胞質中。在細胞分裂過程中，染色質濃縮形成含有著絲粒和染色單體的棒狀結構。

微型染色體是類似於染色體的線狀結構，包含著絲粒、染色單體、端粒和複製起點。但它們與染色體的區別在於它們包含一些額外的遺傳物質，並且通常能夠獨立分裂。

微型染色體的結構

微型染色體需要所有必要的組成部分，即著絲粒、染色單體和端粒，才能正常發揮功能並實現平穩的細胞分裂。著絲粒是細胞分裂過程中形成著絲點的必要條件，複製起點維持著染色體的絕對數量，而位於染色體末端的端粒有助於防止染色體發生任何降解。以下是典型微型染色體的組成部分：

著絲粒

它是微型染色體中央和最密集的部分。它有助於在細胞分裂過程中分離染色體。

• 這一部分利用著絲點蛋白，幫助微管附著到著絲粒上，最終在細胞分裂過程中向兩極移動。

• 著絲粒複合物的形成需要編碼組蛋白 H3 蛋白的特定序列。

複製起點

當細胞在適當的時間分裂時，細胞就會發生繁殖。DNA 在複製過程中發生複製，確保子細胞中遺傳物質的均等分配。

• 染色體的大小主要決定了複製起點位點的數量。通常，真核生物具有許多複製起點，有助於大型線性染色體的複製。但原核生物在其環狀 DNA 中只有一個複製起點位點。

• 對於微型染色體，無需特別識別複製起始結構。

端粒

端粒位於染色體的末端，是重複序列以及相關蛋白質。它們有助於保護染色體的末端免受端到端融合或任何降解。

• 這種保護功能可以歸因於末端存在的稱為 G 環的序列。

• 在構建微型染色體時，會引入具有所需轉基因的端粒序列。

生產微型染色體的方法

通常使用兩種方法透過基因工程生產微型染色體。它們是：

• 自下而上

• 自上而下

自下而上的方法

分子克隆技術用於透過組裝基本成分（即著絲粒、端粒和複製起點）在實驗室條件下或體外生產所需的微型染色體。

• 在下一步中，構建的微型染色體被轉化到合適的宿主（如酵母）中，該宿主可以組裝微型染色體的所有成分並使其發揮功能。

• 由於大多數物種不相容並且它們的著絲粒本質上是異染色質，因此與自上而下的方法相比，這種方法更難。

自上而下的方法

此方法涉及宿主細胞自身端粒序列的轉化。整個過程稱為端粒截短。

• 可以在這些截短區域插入新的感興趣基因。此方法優於從頭方法，因為大多數物種是相容的，並且產生的微型染色體數量也更多。這些微型染色體可用於基因工程。

• 儘管此過程費力，但它仍然是首選，因為微型染色體在細胞分裂過程中保持穩定。

微型染色體技術的應用

• 在傳統的基因工程中，一次只能轉移一兩個基因，但使用微型染色體可以轉移和表達多個基因。此外，傳統的基因工程方法可能會透過插入新基因來破壞宿主細胞的基因，從而損害宿主細胞。

• 很難評估新插入的基因從一代到下一代的遺傳方式。但這可以透過微型染色體輕鬆控制。

• 由於微型染色體技術允許在同一染色體上進行基因堆疊，因此新性狀分離的機會較少。

• 端粒截短和隨後產生微型染色體的過程最早是在玉米中完成的。這項技術用於將感興趣的基因插入植物基因組中。不僅在玉米中，而且在其他植物物種中也成功地使用了這種技術。

• 這項技術的主要優勢之一是它與宿主基因組相容，因此對宿主細胞的損害較小，並且不會干擾正常的細胞分裂和基因表達過程。因此，它可用於提高許多作物品種的生產力和產量。

結論

微型染色體技術自 2006 年以來一直被使用，當時一組攜帶所需性狀的基因被轉化到玉米植株中。從那時起，這項技術就主導了傳統的基因工程技術，因為它提供了更大的優勢並減少了對宿主細胞的損害。但該技術尚未在動物細胞中實施，並且該領域正在進行大量的工作。