基因组重排技术中的光学方法

论文摘要

基因组重排技术是一项崭新的育种技术,广泛用于生物工程中高产菌株的筛选。该技术是将具有正向性状的菌株,借助于原生质体融合技术,实现基因组在融合子内随机重排,随后再将具有正向性状的融合子进行多轮融合和筛选,进而选出表型获得较大改进的菌株。在基因组重排技术中原生质体的有效融合是成功的关键。目前的基因组重排技术都是基于群体细胞的化学法融合,是不可控的非选择性的融合。如果能在单细胞水平进行操作,一定会对基因组重排技术产生巨大的推动。但是在单细胞水平实施基因组重排技术,要能够同时完成细胞融合及融合子的提取,这需要精确的操作、灵敏的检测和准确的分析。虾青素是一种具有强抗氧化功能的类胡萝卜素,由于天然虾青素的来源有限,目前产量远远不能满足市场的需要。所以其高产株的选育就成为生物工程中一个极其重要的问题。本文以飞秒激光显微操作系统为实验平台,以雨生红球藻和红发夫酵母细胞这两种天然虾青素的高产生物作为研究对象,以飞秒激光诱导原生质体融合的方法作为基因组重排的手段来获得融合子。并通过几种相关的光谱检测手段,探索选育虾青素高产植株。本人论文期间的主要研究内容如下:(1)分别进行了飞秒激光对红发夫酵母细胞和原生质体的伤害性实验,根据实验数据选择合适的飞秒激光功率成功实现了飞秒激光诱导红发夫酵母细胞原生质体的融合,并提出了飞秒激光诱导细胞融合可能的理论模型;(2)对使用光子晶体光纤作为光阱获得了初步的实验结果,并通过在光子晶体光纤空气孔中填充折射率高于石英的材料的简便方法获得了在对细胞进行捕获的时候具有更小伤害性、对光阱研究具有重要意义的圆环形中空模场,发现了一种简单的光子晶体光纤输出模场的转换方法;(3)分别测试了红发夫酵母细胞和雨生红球藻细胞的拉曼特征谱和THz“指纹”谱。并搭建了飞秒激光双光子荧光探测的实验系统,拟根据叶绿素和虾青素含量关系,以便通过测定叶绿素含量来表征雨生红球藻细胞内的虾青素含量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 基因组重排技术简介
• 1.1.1 基因组重排原理
• 1.1.2 基因组重排的特点
• 1.1.3 基因组重排进行菌种性能改进的实例
• 1.2 虾青素简介
• 1.2.1 虾青素的结构
• 1.2.2 虾青素的功能和应用
• 1.2.3 虾青素的来源
• 1.2.4 红发夫酵母虾青素高产株的选育
• 1.3 现代生物工程中的几种光学方法
• 1.3.1 激光诱导细胞融合
• 1.3.2 光阱的出现、应用和发展
• 1.3.3 生物特征的光谱表征技术
• 1.3.4 飞秒激光应用于生命科学
• 1.4 课题的背景和主要研究内容
• 第二章 飞秒激光诱导原生质体融合
• 2.1 飞秒激光显微操作系统
• 2.2 飞秒激光诱导细胞融合
• 2.2.1 研究对象
• 2.2.2 飞秒激光诱导的细胞融合
• 2.2.3 飞秒激光诱导细胞融合的机理
• 2.3 光子晶体光纤光阱
• 2.3.1 光子晶体光纤光阱捕获原生质体
• 2.3.2 中空模式的产生
• 2.4 本章小结
• 第三章 虾青素的光谱检测
• 3.1 虾青素激光拉曼谱
• 3.1.1 拉曼光谱的原理
• 3.1.2 激光拉曼光谱测试细胞中的虾青素
• 3.2 THz时域光谱技术检测细胞中虾青素
• 3.2.1 THz时域光谱系统
• 3.2.2 THz-TDS测试细胞中虾青素
• 3.3 叶绿素分子的飞秒激光双光子荧光检测
• 3.3.1 叶绿素分子的荧光
• 3.3.2 叶绿素分子飞秒激光双光子荧光检测
• 3.4 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 4.1 总结
• 4.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢