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转基因植物的筛选与鉴定

时间:2022-10-06 百科知识 版权反馈
【摘要】:它常常用于植物遗传转化中筛选和鉴定转化的细胞、组织、器官和再生植株,通常与目的基因构建在同一植物表达载体上,一起转入受体。常用的有效筛选转基因植株的选择标记基因主要有抗生素抗性基因和除草剂抗性基因。利用抗原与抗体的特异反应,当抗原与抗体结合时,通过结合在抗体上的酶作用于特定的底物后发生显色反应,借助于比色鉴定转基因植物。ELISA检测对样品进行定性检测的同时又能进行定量分析。

目前,应用于转基因植株的鉴定方法可分为利用标记基因进行鉴定、分子检测和免疫技术检测等。

1)标记基因的使用

标记基因包括选择标记基因和报告基因。它常常用于植物遗传转化中筛选和鉴定转化的细胞、组织、器官和再生植株,通常与目的基因构建在同一植物表达载体上,一起转入受体。常用的有效筛选转基因植株的选择标记基因主要有抗生素抗性基因和除草剂抗性基因。

抗生素抗性基因包括潮霉素磷酸转移酶基因(hpt)、新霉素磷酸转移酶基因(npt)、卡那霉素抗性基因(ken)等;抗除草剂基因包括草丁膦抗性基因(bar)、草甘膦抗性基因(epsps)等。

2)目的基因分子和免疫技术检测

利用生物化学的技术和手段鉴定外源基因在宿主细胞中的插入和整合情况在转基因植物的筛选中居于重要地位,它可以在基因组水平、转录水平和翻译后水平上检测外源基因的整合和表达情况。主要有以下检测方法:

(1)PCR技术检测。PCR是在体外快速特异地扩增DNA片段的有效方法,能在几小时内使皮克(pg)水平的起始物达到纳克(ng)乃至微克(μg)水平,根据外源基因序列设计出一对引物,通过PCR反应便可特异性地扩增出转化植株基因组内外源基因的片段,而非转化植株不被扩增,即不通过杂交分析就可鉴定出基因组中的外源基因的片段,从而筛选出可能被转化的植株。武长剑和范云六用PCR技术检测出转基因水稻中BT基因和抗除草剂基因的存在。

PCR检测DNA用量少、纯度要求低、操作简单、成本低,且PCR技术还能检测目的基因的完整性(Nilgun等,1987)。但PCR检测也存在缺点,DNA插入植物基因组后易发生重排,即使载体上的抗性基因能表达,目的基因也未必能完整地存在于转化体内,而从造成检测结果的误差,出现假阳性。

(2)Southern杂交检测导入的外源基因。Southern杂交是将经酶切的靶DNA转译到杂交膜上与探针杂交,从而检测靶DNA片段上是否存在于探针同源的序列。利用Southern杂交,可以确定外源基因在植物中的组织结构(Katia等,1993)、外源DNA整合的位置及拷贝数(Mitten等,1992)、转基因植株F1世代外源基因的稳定性(Horsch等,1984)。研究发现,整合到植物基因组中的外源基因多以单拷贝形式存在,也有多拷贝的。一般在1~5拷贝之间变动,偶尔也有20~50拷贝。而多拷贝对植物是不利的,它们可能通过异源配对引起染色体结构的变化,导致转基因的失活(Horsch等,1984),也可能通过转录调控而引起转基因的失活。

Southern杂交可消除操作过程中的污染(如DNA分离及植物DNA分离过程中的交叉污染)以及转化愈伤胞间质粒残留所引起的假阳性信号,准确度高,但Southern杂交程序复杂、成本高,且对实验技术条件要求较高。

(3)Northern杂交检测导入外源基因的表达。Northern杂交是将目的RNA与探针杂交的技术,用于检测基因在转录水平上的表达。Northern杂交的主要原理是把变性RNA转移和固定到特定的薄膜上,用特定的DNA探针来检测该RNA。Northern杂交与Southern杂交相比,更接近于性状表现,更具有现实意义,被广泛用于转基因植株的检测(Morgan等,1987),但RNA提取条件严格,材料中含量不如DNA高,不适合于大批量样品的检测。

(4)RT-PCR技术检测。RT-PCR的原理是在反转录酶作用下,以待检植株的mRNA合成cDNA,再以cDNA为模板扩增出特异的DNA。因此,RT-PCR可在mRNA水平上检测目的基因是否表达。RT-PCR十分灵敏,能够检测出低丰度的mRNA,特别是在外源基因以单拷贝方式整合时,其mRNA的检出常用RT-PCR。

由于RT-PCR是在总RNA或mRNA水平上操作,检测过程中必须注意RNA的降解和DNA的污染,另外还要设置严格的对照来防止假阳性结果的出现。

(5)Western杂交检测外源基因编码蛋白的表达。Western杂交技术是将蛋白质从SDS-PAGE胶中转移至固相支持体上,然后对固定化蛋白质进行免疫学测定的方法。Western杂交检测目的基因在翻译水平上的表达情况,可直接显示目的基因在转化体中是否经过转录、翻译最后合成蛋白而影响植株的性状表现。一般来说,Western杂交显示的结果与性状表达有直接关系(Morgan等,1987)。

Western杂交灵敏度极高,能达到标准的固定相放射免疫水平,可检测出粗蛋白提取物中小于50 ng抗原,在较纯的制剂中,可检测出1~5 ng抗原。但是Western杂交操作烦琐、费用较高,不适合做批量检测。

(6)酶联免疫技术(ELISA)检测外源基因的蛋白表达。利用抗原与抗体的特异反应,当抗原与抗体结合时,通过结合在抗体上的酶作用于特定的底物后发生显色反应,借助于比色鉴定转基因植物。ELISA检测对样品进行定性检测的同时又能进行定量分析。

使用ELISA检测外源基因表达蛋白具有便捷、灵敏、特异性好、试剂商业化程度高、成本低、适用范围广、试验结果易读等特点。但也存在易出现本底过高,缺乏标准化等问题。

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