植物细胞融合的基因转移
出处：按学科分类—生物科学 农业出版社《植物细胞培养手册》第338页（4540字）
(一)核基因组
高等植物体细胞正常时并不融合，整体细胞融合，依靠于用适当酶法除去细胞壁的细胞。这类原生质体现能从广泛种和不同组织类型(包括根、子叶以及离体培养的植物细胞培养物)产生。用不同融合剂能诱导其融合。Power与Davey(1979)充分地描述了原生质体分离和融合产生异核体的详细方法。最近Patnaik等(1981)提出用一种简单纯化酶分离若干种原生质体的重要性。
自从首次证实这类酶法分离的原生质体能诱导融合，以形成易于鉴别的异核体，逐渐建成了这类原生质体能以杂交形成细胞，若干情况下，取得完整植株，含有近于二个完整核基因组。开始时，着重于所需技术的开发，和采用有性能杂交的种。Nottingham学者们研究限于矮牵牛属内，用一个种的野生型叶原生质体与其它种细胞悬浮体的白化原生质体融合产生大量双二倍体体细胞杂种植株。结果产生了Petunia parodii(2n=14)
矮牵牛(2n=14)体细胞杂种和P．parodii(2n=14)
P．inflata(2n=14)杂种具有28个染色体的开花植株。
近年来，有性不亲和种和属的基因组融合产生杂种细胞，大大地促进了植物育种家与植物生物技术学者应用这种方法试图克服常规育种和杂交程序中固有的基因迁流的限制。常规杂交中不可能或难成功的种间，取得了体细胞杂种植株，例如蕃茄与马铃薯，南洋金花与颠茄，拟南芥与油菜。总之，如有需要可育种子体细胞杂种，植物育种家的主要机会，似应着眼于同属内或密切有关属间原生质体融合产生杂交。
深入分析原生质体融合后果当前问题，是缺少适宜的选择体系，利于鉴别和分离异核体和杂种植株。诚如Cocking等(1981)指出，至今已有的大多数生化互补性选择方法，倾向于取得双二倍体体细胞杂种为主，排除了其它潜在很有用植物类型，它们具有一个完整基因型和另一亲本的少数染色体，这些在选择过程中由于不能在强力选择条件生存而损失。目前，正在用光视野或荧光标记的野生型原生质体融合后分离异核体方法解决这类问题。或用人工显微操作或用自动荧光选择系统分离这些异核体。有时形成的异核体百分数不足以采用这些方式。原生质体融合的深入基础研究，包括膜的电去极作用，将对此大有裨益。
血缘远植物种原生质体融合目的之一，是试图把供体种的有限遗传特性渗入受体作物种。诚如哺乳动物细胞，可能用X射线处理亲种细胞和其它染色体去稳定程序，使得融合后，产生定向染色体丢失，如Dudits等(1980)报道的利用原生质体也有可能保留重建的染色体，同时产生相当的染色体丢失，或采用原生质体，也可能做到只有极少数基因转移。当采用极高辐射剂量(20000-100000rad)处理的原生质体与正常原生质体融合，有可能把少数基因转移到适当受体种(Cocking，1981)。为了充分评价，需要有适当营养缺陷型突变体且能以再生植株：最近，曾分离出烟草硝酸还原酶突变体，它的原生质体有再生植株能力。这种体系，应有可能检测例如从大豆转移基因到烟草中去，即使其频率很低(Pental等，1982)。
(二)细胞质基因组
植物生物学重要性在于这种事实，原生质体融合产生的细胞质混合是新奇的，为取得染色体外基因的异质体提供途径。就叶绿体言，叶绿体细胞器特征指出体细胞杂种的二类亲本叶绿体，终于离析成亲本的一类或另一类，或有时只有一类。Kumar等(1982)指出上述过程似乎受原生质体融合和继后选择和体细胞杂种再生过程中遇到许多因子的大的影响。例如，用各种限制性内切核酸酶分析叶绿体DNA(cpDNA)，指出在三株体细胞杂种中只含有P．parodii的cpDNA，这些杂种是由P．parodii野生型叶肉细胞原生质体与矮牵牛，P．inflata与P．parviflora白化突变体细胞悬浮体原生质体融合产物。曾设想这种有利于P．parodii叶绿体的单向高析，可能是用于选择这些体细胞杂种的强力选择的结果。并无可能测定叶绿体异质性的量，例如，由于四个亲本种的部分-1蛋白质〔二磷酸核酮糖羧化酶／氧化酶的大亚单位(为叶绿体DNA编码)〕是相同的，比较凝胶电泳后部分1蛋白质产生的多肽酶谱。在这些杂种中未测得cpDNA间的重组，指出cpDNA重组一定不是常见事项，如果不是完全不发生的话。用线粒体原生质体融合产生细胞质变异性的机会，可较用叶绿体的较高。线粒体DNA研究较少。可是，Belliard等(1979)用烟草原生质体融合的细胞质杂种中，观察到线粒体重组。从烟草分离出的线粒体DNA的异质性多数是复杂的，最近研究提出某些芸苔种的复杂性较低，有利于这类分析。
Cocking(1981)最近汇综了用原生质体融合法，在有性不亲和种间转移细胞质雄性不育和基于细胞质的除莠剂抗性的成果和潜势。这个领域里，植物育种和植物细胞培养技术存在着巨大前途。
(三)植物微细胞融合基因转移
哺乳动物细胞研究已证明微细胞媒介的染色体转移是染色体基因的有希望方法。用秋水仙素处理细胞，使培养的哺乳动物细胞遗传材料分段。这些分段由有限量的遗传材料组成，包裹在细胞膜里。采用常规体细胞杂交方法使微细胞与受体细胞融合。除用亚原生质体和胞质体外，对培养的植物细胞尚未可用体系。但是，植物微粒体体系的发现，粉能发掘那类微细胞体系，如果能用秋水仙素诱导核材料的分段。为细胞内膜包围着的微粒体，很可能从液泡膜产生，几种植物种的生长素导致的高度液泡薄壁愈伤组织细胞破裂后易于分离产生。
这些只转移不同植物种的部分基因组的方法的合理推理，是利用分离的染色体。Szabados，Hadlaczky与Dudits(1981)已取得了由聚乙二醇诱导把游离中期染色体转入受体小麦、欧芹和玉米原生质体。
(四)植物与微生物细胞间融合基因转移
适用于动物细胞与微生物原生质体的植物原生质体和其融合方法的发掘，以及适用于原生质体融合的融合剂的发现(Ferenczy，1981)显示了植物与微生物原生质体和动物细胞与植物原生质体经融合而基因转移的可能性。最近卓着的发展，经融合和肿瘤农杆菌原生质球胞吞作用，把Ti质粒导入红长春藤(Vinca rosea L．)(Catharanthus roseus(L．)G．Don)原生质体。
在聚-L-鸟氨酸存在下，矮牵牛悬浮细胞原生质体与Ti质粒共培养，首次产生了用游离DNA稳定转化高等植物。利用杂种细胞培养对植物荷尔蒙独立自养性和鸦片素合成，最近采用DNA-DNA杂交法选择细胞无性系。Hasezawa等(1981)融合研究指出，由于Ti质粒可能以完整状态导入植物原生质体的细胞质中，与采用游离Ti质粒相比，转化频率增高。尤其值得注意的Schaffer(1980)指出用含有Simian病毒40的重组质粒的大肠杆菌(Escherichia coli)转化猴细胞。在聚乙二醇存在下，用溶菌酶处理的细菌与猴细胞相融合，其侵染频率大大地增高。
最近，正在广泛研究含有各种转座子的质粒，试图转化高等植物原生质体。将有必要用含有克隆的Tn5和其它大量拷贝的其它转座重组体的E．coli原生质球进行研究。这就要求将植物原生质体在适宜融合剂中进行培养。由此，可从事提高对适当抗生素抗性选择。如上所述，利用已有再生的硝酸还原酶缺失烟草体系，将能以比较评价融合对硝酸还原酶基因从真菌原生质体(如Neurospora)的转移效果。
【参考文献】：
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