转化体

转化体（Transformant）是指通过**转化（Transformation）**过程获取外源DNA并整合到自身基因组中的细胞。转化体广泛应用于分子生物学、遗传学和生物技术研究，用于基因功能分析、基因组编辑和生产重组蛋白等。

1. 转化体的生成

1.1 **自然转化（Natural Transformation）**

某些细菌在自然条件下能够通过吸收环境中的裸露DNA进行转化。这些细菌具有专门的转化系统，可以识别并摄取外源DNA，并将其整合到自身基因组中。例如，链球菌（Streptococcus）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）都具有自然转化能力（1）。

1.2 **人工转化（Artificial Transformation）**

大多数实验室中的转化体是通过人工转化方法生成的。常见的方法包括：

- **化学转化（Chemical Transformation）**：使用氯化钙（CaCl₂）处理细胞，使细胞膜变得更加渗透，从而允许DNA进入细胞。然后，通过热激（heat shock）促进DNA进入细胞。

- **电转化（Electroporation）**：利用高强度的电场使细胞膜暂时形成孔洞，使DNA能够进入细胞。电转化常用于细菌、酵母和真核细胞的转化。

- **微射流转化（Microinjection）**：将DNA直接注射到细胞核中，常用于动植物细胞的转化（2）。

2. 转化体的筛选和鉴定

为了确保转化成功并获得含有外源DNA的转化体，需要进行筛选和鉴定。常用的方法包括：

2.1 **抗生素筛选**

通过在培养基中添加抗生素，只允许含有抗生素抗性基因的转化体生长。抗生素抗性基因通常与目标基因一起插入细胞中。

2.2 **标记基因**

使用带有可见标记（如绿色荧光蛋白（GFP））的载体，通过荧光显微镜或流式细胞仪筛选转化体。

2.3 **PCR和测序**

通过PCR扩增目标基因，并进行DNA测序以验证外源DNA的整合和正确性（3）。

3. 转化体的应用

3.1 **基因功能分析**

通过转化将目标基因引入模型生物，研究基因的功能和表达模式。

3.2 **基因组编辑**

利用CRISPR/Cas9等基因组编辑工具，通过转化体进行精确的基因敲除、敲入和修饰（4）。

3.3 **生产重组蛋白**

通过转化体表达外源蛋白，用于研究、药物开发和工业生产。例如，利用大肠杆菌转化体生产胰岛素（5）。

4. 实例研究

4.1 **大肠杆菌（Escherichia coli）**

大肠杆菌是最常用的转化体，用于基因克隆和重组蛋白表达。化学转化和电转化是常用的方法。

4.2 **酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）**

酿酒酵母广泛用于真核基因表达和代谢工程。电转化和微射流转化是常用的方法。

4.3 **拟南芥（Arabidopsis thaliana）**

拟南芥是植物研究中的模式生物，利用农杆菌介导转化方法生成转化体，用于基因功能分析和遗传改良。

5. 结论

转化体是通过转化过程获取外源DNA并整合到自身基因组中的细胞，广泛应用于分子生物学、遗传学和生物技术研究。通过自然转化和人工转化方法，研究人员可以生成转化体，用于基因功能分析、基因组编辑和重组蛋白生产。

参考文献：

(1) Chen, I., & Dubnau, D. (2004). DNA uptake during bacterial transformation. Nature Reviews Microbiology, 2(3), 241-249.

(2) Sambrook, J., & Russell, D. W. (2001). Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press.

(3) Ausubel, F. M., Brent, R., Kingston, R. E., Moore, D. D., Seidman, J. G., Smith, J. A., & Struhl, K. (1999). Current Protocols in Molecular Biology. John Wiley & Sons.

(4) Doudna, J. A., & Charpentier, E. (2014). Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science, 346(6213), 1258096.

(5) Goeddel, D. V., et al. (1979). Expression in Escherichia coli of chemically synthesized genes for human insulin. Proceedings of the National Academy of Sciences, 76(1), 106-110.