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功率超声波的应用-基因工程与遗传育种

[导读]超声波是一种频率高于 20 kHz 的声波,作为一种非热物理加工技术应用于微生物工程中,可以改变微生物的生理性状,继而对微生物产生不同的生物学效应

基因工程与遗传育种功率超声波在基因工程与遗传育种中主要应用于两方面:一是超声波诱导基因转移,即在超声的空化作用下,空泡周围细胞的细胞壁和质膜被击穿或质膜透性可逆改变,细胞内外物质相互交换,从而将外源基因导入细胞中;二是超声波诱导基因突变,其作用机制可能是其产生的高温、高压和自由基,致使遗传物质发生突变。基因转移是指人为的将目的基因转移入受体细胞内的过程,可以使菌体快速获得新的遗传性状进而表达,在基因工程中发挥着重要作用。与其他基因转移方法相比,超声波诱导基因转移法具有安全可靠、操作简单、可控制性强等优点。早在 1990 年, 首次通过超声波处理将外源基因导入植物组织和带壁细胞中,使外源 GUS 基因在小麦愈伤组织中获得了短暂表达。建立了一种简单快速的、采用低频、低功率超声波介导的遗传转化体系,利用超声波在微生物细胞膜表面形成的瞬时微型囊泡裹入细胞外部的生物大分子,在细胞自我修复的同时,囊泡连同内容物一起嵌入细胞内部,完成转化过程。简化了超声波转化法,将质粒 pET20b(+)成功转入宿主细胞大肠杆菌 E.coli BL21(DE3)中。研究分析了超声波介导转化过程中的宿主细胞的理化性质和转化发生的基础条件,结果表明与宿主细胞内外膜通透性的改变、二价金属离子与细胞壁成分肽聚糖的相互作用等有关。利用超声波成功将质粒 pET28α 转化到枯草芽孢杆菌中,发现不同条件超声波处理均能改变细胞膜通透性,且胞内物质的释放量与超声波处理的时间和频率具有相关性,通过电镜观察到超声波处理后的细胞外表面凹凸不平、褶皱变形,推断超声波介导的 DNA 转化是细胞生理响应和超声波共同作用的结果,揭示了超声波诱导基因转移的生物学机制。

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