基礎知識背景 — 什么是原生質體?
非哺乳動物細胞,包括細菌、真菌和植物細胞,都有一個細胞壁結構來維持細胞的形狀。細胞壁位于細胞膜外面,特別堅固,其特別的組成成分含有聚合物,包圍細胞內部脆弱的細胞質,支撐和保護細胞。在細菌中,細胞壁包括幾層肽聚糖,真菌細胞壁含有幾丁質,幾丁質是昆蟲殼中的化合物組分,植物原生質體則被果膠和纖維素包圍。
雖然這些剛性層為保持細胞形狀提供了重要的功能,但它們在細胞裂解過程中容易產生問題。為了釋放細胞內容物進行生化實驗,需要打破細胞壁,這是一項艱巨的任務。這也為遺傳相關實驗帶來了問題,因為細胞壁是遺傳物質轉移的機械屏障。
為了避免這些問題,可以部分移除細胞壁,制造所謂的“裸”細胞,這些細胞僅僅被細胞膜或原生質體所包圍。原生質體不受完整細胞壁的限制,呈球形,稱原生質球。
應用類型 — 獲得原生質體有什么重要作用?
常用方法原生質體廣泛用于DNA轉化,因為細胞壁會阻止DNA進入細胞。除了在DNA和蛋白質轉染中使用外,原生質體還用于再生整個植物,原生質體融合制備雜交體,膜片鉗實驗等。原生質體可用于研究生物膜,包括高分子和病毒的攝取。也用于體細胞的變異克隆。使用原生質體融合技術可讓原生質體也用于植物育種。此外,在某些細胞中表達熒光蛋白的植物的原生質體可用于熒光活化細胞分選(FACS),方便保留特定波長發熒光的細胞。
常用方法
去掉植物細胞壁的方法可以是機械的人工操作,也可以利用酶解法。較早利用機械法制備原生質體,如將組織切片置于低滲狀態從而細胞壁收縮(質壁分離),這種方法產量低,現在很少使用。
酶法更可控、簡單,但需要優化,具體的酶取決于具體的細胞類型:
植物細胞使用纖維素酶、果膠酶和木聚糖酶的混合物;
對于較低等的植物細胞,如海藻,酶的使用將取決于細胞壁組成;
真菌細胞從酵母開始,使用幾丁質酶;
細菌細胞使用溶菌酶+ EDTA。
注意事項?-?Tips
1.確保具備足夠的初始材料,可以使用相同的試劑多次嘗試,因為可能需要調整條件。這對于利用酶法制備原生質球尤為重要。
2.為了得到活的原生質體,起始物質應該處于生命的全盛時期。所以選擇從幼嫩的植物組織開始,或者在生長的對數階段積極地進行細胞培養。非常年輕的組織通常很小,他們更容易受到傷害,這增加了他們在處理中可能無法存活的幾率。另一方面,老的組織不容易再生,更容易感染。
3.在進行任何處理前將細胞冷卻并保持是很重要的,保持細胞低溫可以減緩壞死。但保持細胞溫度高于冰點也是至關重要的,因為即使是在介質中短暫形成的冰晶也會損害細胞,減少產量。
4.原生質球對機械壓力和滲透壓非常敏感。為了防止它們破裂,需要維持等滲條件,這意味著細胞內外的滲透壓應該相等,滲透壓取決于鹽離子的濃度,不平等的壓力會導致細胞破裂(低滲溶液)或內爆(高滲溶液)。
5.即使是細胞的年齡和酶的批次之間的細微差別,也會形成不完全的細胞壁消化和過度消化之間的對比,前者原生質球產量為50%,后者導致大量死亡細胞。在大多數實驗中,不需要完全移除細胞壁——部分移除細胞壁的原生質球就可以了。
