抗生素在植物遗传转化中的应用

日期:09-19-2022

世界农化网中文网报道：植物遗传转化是指将外源基因转移到植物体内并稳定整合、表达并遗传，从而使受体植物表现外源基因特征的过程。目前农杆菌介导法是植物遗传转化使用最为普遍的方法，常用的农杆菌有根癌农杆菌和发根农杆菌。农杆菌介导法进行植物遗传转化时，一般要经过农杆菌侵染、共培养、选择培养、转基因植株再生等多个环节，除侵染和共培养外，其余环节都要用到抗生素，分别作为筛选转化体的筛选剂（选择剂）和农杆菌生长的抑菌剂，因此抗生素种类的选择和剂量是遗传转化受体系统建立的重要环节。

1 筛选剂的应用

筛选剂用于转基因植株的筛选和检测，这类抗生素的选择只能根据转基因植株所携带的抗性基因决定（载体抗性）。目前常用的筛选剂有卡那霉素(kanamycin)、G418 (geneticin)、潮霉素B (hygromycin B)、壮观霉素(spectinomycin)、庆大霉素(gentamycin)等。其中kana是目前植物基因工程中最早广泛使用的筛选剂，它的实质是氨基糖苷类抗生素在起作用，浓度一般不超过50mg/L。潮霉素是一种很强的细胞生长筛选剂，也会对许多植物产生高毒性，因此应注意选用适宜的筛选剂来避免所产生的负面影响。此外，除草剂和糖类也能用于转化体的筛选（见图1，表1）。

图1 农杆菌侵染叶片

2 抑菌剂的应用

 

图2 愈伤继代

 在植物基因转化过程中，共培养后需要将受体植物转到筛选培养基上培养进行筛选。同时为了防止农杆菌过度增长，需要添加合适的抑菌剂杀死农杆菌，还要最大限度减少对受体材料的影响。

在植物遗传转化中常用的杀菌抗生素有头孢霉素、头孢噻肟钠、头孢曲松钠、羧苄青霉素、氯苄青霉素、青霉素G、G418、特美汀等，这些抑菌剂不仅对农杆菌的生长有抑制作用，对植物细胞也有一定的生物效应（见图2，表2）。例如，羧苄青霉素的分解产物是生长素和萘乙酸，可以刺激愈伤组织的增殖，而头孢噻肟钠有时对愈伤组织会形成明显的抑制作用，此外，不同植物不同外植体甚至不同基因型对抗生素的敏感性不同，例如：不同烟草品种K326、SRI、中烟99对卡那的敏感浓度存在差异。在转化前应对抗生素设置一系列浓度梯度确定合适的选择压。

3 新型抑菌剂的应用

G418是新霉素的类似物，是通过抑制转座子Tn601和Tn5的基因，干扰核糖体功能从而阻断蛋白质合成，杀死细胞。但是新霉素对真核细胞无作用，G418对细菌和真核细胞都起作用，主要用于哺乳动物、植物或酵母细胞的选择。其抗性基因为显性表型，在Tn601（903）和Tn5转座子上都有定位，已广泛应用于基因转移、基因敲除、抗性筛选以及转基因动物等方面。

特美汀的组分为替卡西林钠及克拉维酸钾，是一种新型的有效抑制农杆菌的抗生素，且对植物材料的影响很小。对OD值较高的农杆菌有很好抑制效果。有研究发现特美汀的抑菌能力非常突出，但只适合作为前期的抑菌剂使用，在芽转化体系中有抑制作用。