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功率超聲波的應用-基因工程與遺傳育種

[導讀]超聲波是一種頻率高于 20 kHz 的聲波,作為一種非熱物理加工技術應用于微生物工程中,可以改變微生物的生理性狀,繼而對微生物產生不同的生物學效應

基因工程與遺傳育種功率超聲波在基因工程與遺傳育種中主要應用于兩方面:一是超聲波誘導基因轉移,即在超聲的空化作用下,空泡周圍細胞的細胞壁和質膜被擊穿或質膜透性可逆改變,細胞內外物質相互交換,從而將外源基因導入細胞中;二是超聲波誘導基因突變,其作用機制可能是其產生的高溫、高壓和自由基,致使遺傳物質發生突變;蜣D移是指人為的將目的基因轉移入受體細胞內的過程,可以使菌體快速獲得新的遺傳性狀進而表達,在基因工程中發揮著重要作用。與其他基因轉移方法相比,超聲波誘導基因轉移法具有安全可靠、操作簡單、可控制性強等優點。早在 1990 年, 首次通過超聲波處理將外源基因導入植物組織和帶壁細胞中,使外源 GUS 基因在小麥愈傷組織中獲得了短暫表達。建立了一種簡單快速的、采用低頻、低功率超聲波介導的遺傳轉化體系,利用超聲波在微生物細胞膜表面形成的瞬時微型囊泡裹入細胞外部的生物大分子,在細胞自我修復的同時,囊泡連同內容物一起嵌入細胞內部,完成轉化過程。簡化了超聲波轉化法,將質粒 pET20b(+)成功轉入宿主細胞大腸桿菌 E.coli BL21(DE3)中。研究分析了超聲波介導轉化過程中的宿主細胞的理化性質和轉化發生的基礎條件,結果表明與宿主細胞內外膜通透性的改變、二價金屬離子與細胞壁成分肽聚糖的相互作用等有關。利用超聲波成功將質粒 pET28α 轉化到枯草芽孢桿菌中,發現不同條件超聲波處理均能改變細胞膜通透性,且胞內物質的釋放量與超聲波處理的時間和頻率具有相關性,通過電鏡觀察到超聲波處理后的細胞外表面凹凸不平、褶皺變形,推斷超聲波介導的 DNA 轉化是細胞生理響應和超聲波共同作用的結果,揭示了超聲波誘導基因轉移的生物學機制。

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