细胞工程综述

细胞融合技术在动植物优良品种培育中的应用09生物工程1班刘蓓蕾学号：200930741305摘要：细胞融合是指将不同来源的原生质体相融合并使之分化再生、形成新物种或新品种的技术。其中细胞融合技术在动植物优良品种培育中的应用尤为喜人。本文将进行介绍。关键词：细胞融合动植物细胞杂交品种培育众所周知，每个物种都有各自的优良特性。当人们想把物质的几种特性组合在一起时，杂交产生了。通过杂交，能把各个物种优良的基因汇集在一起，并且表现出来。说到杂交，首先，我们想到的是通过雌雄配子发生有性杂交。然而，很多远缘物种之间的杂交是很难成功的。这样的杂交往往表现为杂交不亲和，不能受精，或者胚胎早期败育。人们通过普通的有性杂交不能达到目的。自然界中存在着细胞融合的现象。人们首先在病料组织中发现了由细胞融合产生的多核细胞,紧接着发现在脊椎动物和无脊椎动物的正常细胞中也可发生细胞融合。随后在体外组织培养中也发现了离体细胞的融合现象。自从发现活病毒可在体内介导癌细胞融合后,人们又实现了灭活病毒促进动物异种细胞的融合,从而打破了细胞融合的种属屏障,推动细胞融合技术跃上新的台阶。体细胞的杂交逐渐成为可能，从而使得动植物远缘杂交育种成为了可能。本文旨在揭示细胞融合技术在动植物远缘杂交育种方面的应用。1细胞融合的基本原理和方法1.1细胞融合基本原理细胞融合又称体细胞杂交，是指将不同来源的原生质体相融合并使之分化再生、形成新物种或新品种的技术。对动植物细胞而言，细胞融合就是将两种不同物种的体细胞，经过各种处理得到原生质体，而后通过物理或化学的方法，诱导使之形成杂种细胞。再以适当的技术进行杂种细胞的分检和培养，促使杂种细胞分裂，生长为细胞株，实现基因在远缘物种间的转移。1.2细胞融合的方法细胞融合首先要制得动植物的原生质体。如植物的细胞质膜外有一层细胞壁，为了得到原生质体就得先除去细胞壁。而动物细胞虽然没有细胞壁，但在融合前，也必须先获得单个分散的细胞。1.2.1细胞融合仙台病毒(HVJ)诱导法1962年日本冈田善雄(Okada)偶然发现一种叫日本血凝性病毒HVJ，或称仙台病毒(Sendaivims)能引起艾氏腹水瘤细胞融合成多核细胞的现象。在病毒法诱导细胞融合中，其有效促融因子在于细胞的膜，病毒膜片(甚至在病毒灭活或被超声打碎后)能使细胞间产生凝聚和融合，因此可以用紫外线灭活的此类病毒诱导细胞融合。在动物细胞融合中，仙台病毒已成为产生细胞杂种的标准融合剂。1.2.2细胞融合PEG(聚乙二醇)诱导法PEG在融合过程中起着稳定和诱导凝集作用，且对动植物的原生质体无损害。实验室常用的PEG平均相对分子质量在200~20000之间，一般1000以下为液体，1000以上为固体。此外还有许多其他的化学剂可使细胞凝集并融合，如磷酸盐、高级脂肪酸衍生物、脂质体等，不过这其中以聚乙二醇的效果较好。1.2.3细胞融合电场诱导法细胞电融合是20世纪80年代发展起来的一门新兴的细胞工程和生物物理技术。以双向电泳和电子击穿细胞质膜的联合作用为基础,对哺乳动物细胞、植物原生质体的融合都有成功的结果。电融合技术的优点在于:融合频率高,是PEG的100倍;操作简便,快速;对细胞无毒;可在镜下观察融合过程。目前,电融合技术已成为细胞融合的有效手段之一。2细胞融合技术在动植物育种方面的应用2.1细胞融合技术在动物育种方面的应用动物细胞融合是从细胞水平来改变动物细胞的遗传性,用于改良培育动物新品种,缩短动物的育种过程。目前，动物细胞融合人工受精技术已广泛应用于畜牧业生产，使优良公畜、禽的交配数与交配范围大为扩展，并且突破了动物交配的季节限制。另外，可以从优良母畜或公畜中分离出卵细胞与精子，在体外受精，然后再将人工控制的新型受精卵种植到种质较差的母畜子宫内，繁殖优良新个体。对于生殖个体较少的动物同样可以利用这种方法，体外融合多个细胞同时在母体子宫发育,进而获得多个子代。生物技术发展到今天，由于有了细胞融合，细胞成了科学家们随意发挥想象力的舞台，他们甚至可以把生命像积木那样组装起来，进行细胞水平上的生命组合游戏。1978年瑞士科学家埃勒门斯和美国的柯鲁斯将人的纤维肉瘤细胞与小鼠的畸胎瘤细胞融合后培育成含人体染色体的人造小鼠。而生命组合的一个最具代表性的游戏是美国耶鲁大学教授克莱白特·L·马格特和罗伯特·M·彼德斯的杰作。他们在黑毛鼠、白毛鼠、黄毛鼠的受精卵分裂成8个细胞时用特制的吸管把8细胞胚吸出输卵管，然后用一种酶将包裹在各个胚胎上的粘液溶解，再把这三种鼠的8细胞胚放在同一溶液中使之组装成一个具有24个细胞的“组装胚”。马格特和彼德斯把“组装胚”移植到一只老鼠的子宫内，不久，一只奇怪的组装鼠问世了，这只组装鼠全身披着黄、白、黑三种不同颜色的皮毛。迄今为止，除组装鼠外，英国和美国还组装成功了绵羊和山羊的嵌合体——绵山羊，毛肉兼用。杂交育种已成为培养动物新品种的一个有效手段，想象不久的将来，地球上可能出现越来越多不可思议的动物组合体。2.2细胞融合技术在植物育种方面的应用细胞融合将两种不同植物的体细胞用酶分解法分别除去细胞壁，分离成裸露的原生质体，再使两种原生质体融合成功杂种细胞，然后利用细胞的全能性在培养基上重新增生细胞壁，并进行细胞的分裂、分化与生长发育，再经诱导形成杂种植株，从中选优去劣，按育种目标要求定向培育出新品种，并有可能创造出新物种。该项技术具有以下优点：能够打破种间杂交障碍，扩大物种杂交范围，提高物种变异频率，缩短育种周期，提高育种效果，为农作物育种开辟了新的领域与创新的技术途径。植物原生质体融合的研究已有90多年的历史。20世纪70年代，一些科学家讨论了植物细胞杂交的内容和方法，提出了非常具有吸引力的以番茄和马铃薯研究为细胞杂交亲本的细胞杂交模型。细胞融合得以推动和发展。近20年来，世界各国已应用体细胞杂交育种技术获得16个科、70多个种内、种间、属间与族间的体细胞杂交种。其中原西德、美国和日本等国家的专家，将番茄的叶肉细胞与马铃薯的块茎细胞相融合，选育成功“番茄薯”和“薯番茄”新品种。他们所育成的“番茄薯”新品种，地上部分能结番茄，地下部分能结马铃薯。前苏联的专家采用细胞杂交技术，将马铃薯与野生茄属植物的细胞融合，培育成功能抗除草剂的马铃薯新品种，他们还利用该项技术培育成功能够耐低温的油菜、芫菁和白菜新品种。日本东北大学农业研究所等单位的专家首次采用体细胞杂交技术，育成了甘蓝与白菜的体细胞杂交种，从而丰富了遗传变异，并为克服有性远缘杂交的不亲合性开创了新的技术途径。水稻野生种与栽培种的远缘杂种株的选育，也由日本工程研究所的专家首先突破。他们采用体细胞杂交技术，获得了水稻野生种与栽培种互相融合为结合子的体细胞杂种株，将野生稻的优良性状导入栽培稻，育成了能够抗病虫害、冷害、早害与盐碱为害的水稻新品种。该研究所的专家们还将C3植物水稻与C4稗的细胞与融合成功，将稗所具有的抗病虫、耐寒、抗旱、抗倒伏与高光合效率将优良性状的遗传基因导入水稻，选育成功“稻稗”新品种。在国内，中国清华大学生物科学技术系和中国农科院生物技术中心合作，利用自制的“DR-1”型多功能细胞融合仪，成功地进行了细胞质雄性不育的甘蓝叶内原生质体与白菜悬浮细胞原生质体融合，异源融合率达到46%。异核体经培养获得愈伤组织，并在分化培养基上再生了根系，育成功体细胞杂交种。湖南大学油料作物研究所通过拟南芥菜和白菜型油菜原生质体的融合，获得了自然界不存在的属间体细胞杂种----拟南芥油菜。他们还采用PEG（聚乙二醇）融合法，进行了甘蓝型油菜和新疆野生油菜叶肉原生质体的融合，获得54株融合杂种。通过细胞融合技术，动植物体的物种跟随着想象力变化而变化，充分地显现了细胞融合对加快动植物新品种育种进程，缩短育种年限，打破种间杂交障碍的种种优势。可以预见，未来细胞融合一定会对动植物育种做出更多贡献。参考文献1霍乃蕊，等.细胞融合技术的应用研究进展[J].动物医学进展,2005,042霍乃蕊,等.细胞融合技术的发展及应用[J].激光生物学报,2006,023赵军良,等.植物原生质体培养方法上的进展[J].山西农业科学,1994,(1):55~584刘新本.植物细胞融合研究[J].世界农业,1994,(3):29~315赵志强，等.细胞融合技术[J].生物学通报,2005,40(10)6冯亮.细胞融合技术浅析[期刊论文]-科海故事博览·科教创新2009(1)7崔彬彬.朱维红.冯大领细胞融合技术研究进展[期刊论文]-保定师范专科学校学2007(2)