植物轉化及其方法

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簡介

植物轉化是將外源基因或遺傳物質匯入植物基因組的過程，從而產生轉基因生物（GMO）。

它是一種強大的工具，徹底改變了植物生物技術領域，使科學家能夠開發出抗蟲害和疾病、產量更高以及能夠在惡劣環境條件下生長的作物。下面討論了廣泛使用的各種植物轉化方法。

農桿菌介導轉化

農桿菌介導轉化是植物轉化中最廣泛使用的方法。它涉及使用一種稱為根癌農桿菌的土壤細菌，該細菌能夠將其 DNA 片段（稱為 T-DNA）轉移到植物基因組中。

T-DNA 通常由兩個邊界序列包圍，這些序列被細菌的 VirD2 和 VirE2 蛋白識別，從而使其能夠轉移到植物細胞中。

農桿菌介導轉化的第一步是準備用於轉化的植物組織。這可以透過使用胚性組織（例如未成熟胚）或使用外植體（植物組織的小塊）來完成。

然後將外植體培養在含有稱為生長素的激素的培養基中，該激素誘導愈傷組織的形成。一旦愈傷組織形成，就會將其暴露於經過修飾的農桿菌菌株中，該菌株在 T-DNA 上攜帶所需的感興趣基因。

然後允許農桿菌感染植物組織，將 T-DNA 轉移到植物基因組中。然後使用抗生素或除草劑選擇轉化的組織，殺死未轉化的組織，從而導致轉基因植物的生長。

生物彈道轉化

生物彈道轉化，也稱為粒子轟擊或基因槍轉化，是另一種植物轉化方法。它涉及使用類似槍的裝置將塗有 DNA 的微小顆粒射入植物組織，從而使外源基因整合到植物基因組中。

生物彈道轉化的第一步是製備塗有 DNA 的顆粒。這通常是透過將微小的金或鎢顆粒塗上感興趣的基因來完成的，然後將其裝入基因槍中。然後將植物組織暴露於基因槍，基因槍將顆粒射入組織，從而使外源 DNA 整合到植物基因組中。

與農桿菌介導轉化相比，生物彈道轉化具有多種優勢。主要優勢之一是它可用於雙子葉植物和單子葉植物，使其成為一種更通用的植物轉化方法。

但是，生物彈道轉化也有一些侷限性。主要侷限性之一是它可能導致外源 DNA 隨機整合到植物基因組中，這可能導致植物表型的不可預測影響。

電穿孔

電穿孔是一種植物轉化方法，它涉及使用電場將外源 DNA 匯入植物細胞。電場在細胞膜上產生臨時孔，使外源 DNA 能夠進入細胞並整合到植物基因組中。

電穿孔的第一步是準備用於轉化的植物組織。這通常是透過使用胚性組織或原生質體來完成的，原生質體是已去除細胞壁的植物細胞。然後將原生質體懸浮在含有外源 DNA 的溶液中，並暴露於電場，這會導致 DNA 進入細胞。

與其他植物轉化方法相比，電穿孔具有多種優勢。主要優勢之一是它可用於廣泛的植物物種，包括雙子葉植物和單子葉植物。

但是，電穿孔也有一些侷限性。主要侷限性之一是它可能對植物組織造成損害，這會影響轉化細胞的活力。

顯微注射

顯微注射是一種植物轉化方法，它涉及使用細針將外源 DNA 直接注入植物細胞。

顯微注射的第一步是準備用於轉化的植物組織。這通常是透過使用胚性組織或原生質體來完成的，原生質體是已去除細胞壁的植物細胞。然後將原生質體懸浮在含有外源 DNA 的溶液中，並用針頭注射，這使得 DNA 能夠進入細胞。

與其他植物轉化方法相比，顯微注射具有多種優勢。主要優勢之一是它允許精確控制注射過程，這可以導致高轉化效率。

但是，顯微注射也有一些侷限性。主要侷限性之一是它可能是一個耗時且勞動密集型的過程，因為每個細胞都必須單獨注射。此外，顯微注射可能對植物組織造成損害，這會影響轉化細胞的活力。

植物轉化的應用

植物轉化在植物生物技術領域有許多應用。

• 主要應用之一是開發抗蟲害和疾病的作物。這通常是透過匯入編碼對害蟲有毒的蛋白質或賦予植物對特定疾病抗性的基因來實現的。

• 植物轉化的另一個應用是開發產量更高或能夠在惡劣環境條件下生長的作物。這通常是透過匯入控制植物生長發育或使植物能夠承受非生物脅迫因素（如干旱、高溫或低溫）的基因來實現的。

• 植物轉化也用於生產植物來源的藥物，例如疫苗或抗體。這通常是透過匯入編碼所需蛋白質的基因來實現的，然後可以從植物組織中提取並純化用於人類或動物醫學。

結論

植物轉化是一種強大的工具，徹底改變了植物生物技術領域，使科學家能夠開發出抗蟲害和疾病、產量更高以及能夠在惡劣環境條件下生長的作物。