植物原生质体遗传转化
出处：按学科分类—生物科学 农业出版社《植物细胞培养手册》第340页（12764字）
(一)植物细胞转化综述
广谱技术学的迅速出现，无疑将对重要作物遗传改良，在近25年中作出重大贡献。重组DNA和原生质体技术学的最近发展，将提供希望和终于有利于植物细胞转化。植物细胞转化可分成二类：(1)直接把裸DNA引入植物细胞原生质体，或(2)DNA碎片先转移到载体再引入原生质体。理想的是转化将随之发生转化原生质体再生完整植株，证实转移特性的表达和遗传稳定性。
植物细胞遗传转化的早期工作，着眼于各种植物组织吸收裸DNA，如花粉，幼苗和游离核。由于纯DNA易受寄主细胞核酸酶的破坏和缺少适当遗传标志，所得结果非常难于解释。少数报告叙述了直接DNA吸收转化的植物内外源遗传材料的表达。Holl等(1974)报道用Azobacter vinelandii外源DNA处理的大豆原生质体再生愈伤组织，能在以甘露糖醇为碳源的培养基上缓慢生长。细菌易于代谢甘露糖醇，而大豆细胞无此能力。但是缓慢生长是由于细胞有限地吸收了甘露糖醇的结果，而不是受转移的Azobacter DNA的表达控制。
纯外源DNA包埋在脂质体中，然后把它与寄主原生质体融合，是解决核酸酶问题的引入的办法。Larquin和Sheehy(1982)证实了带有质粒DNA的脂质体与植物原生质体在促进融合条件下互作强烈，质粒DNA转入原生质体核。由脂质体作为媒介的pBR322 DNA转入烟草原生质体，相当大部分转移的DNA与核结合。只观察到很小量的解体。
近年来已发现了许多潜在载体系统。载体的建立，一般着重于DNA的某些片段，可能有利于把外源DNA引入植物细胞，终于保证遗传稳定性，和转移的DNA片段的遗传力。以含DNA的植物病毒，尤以花椰菜嵌合病毒(CaMV)最受注意。CaMV作为转化载体，由于DNA转移能随着病毒侵染植物组织而引入。再者，CaMV有在细胞质内独立复制能力，排除了必须与染色体整合的需要。采用CaMV，E．coli lac作用子片段，成功地转入芜菁叶。从转化植株抽提病毒DNA，证实了lac作用子片段的存在，但植株延长生长后插入的lac消失。其缺点是寄主范围受严格限制(这种病毒只侵染十字花科)，和能转移的DNA大小很有限，约256碱基对。
最占先的植物细胞转化体系是肿瘤农杆菌的肿瘤诱导质粒(Ti质粒)。这种细菌是冠瘿肿瘤病的致病因素，具有遗传转化寄主植物细胞能力。这些基因传导致瘤性质，包括生长素自养和肿瘤专化基因产物，都处于Ti质粒上。在侵染过程中，Ti质粒的T-DNA与寄主细胞核DNA相整合，提供一种外源DNA稳定转入植物细胞的自然机制。由此产生的转化的植物细胞易于选择，由于它们是荷尔蒙自养的。可惜，这种荷尔蒙自养性大大地干扰整体植株再生。
T-DNA结构和功能的深入分析，有益于开发方法，用以外源基因在专化位置插入T-DNA。最近从细菌基因新霉素磷酸转移酶Ⅱ(提供卡那霉素抗性)和蓝曙红合成酶的调节顺序构成的嵌合基因，经再生的原生质体与农秆菌共培养，转移到蓝茉莉花烟草。由于这种基因位于T-DNA内，肿瘤形成的诸基因不转移，转化愈伤组织作为卡那霉素抗性而易于选出，并再生完整植株(Hbrsch等，1984)。这些植株结了种子，卡那霉素抗性作为显性孟德尔特性稳定遗传。
用T-DNA载体转化，当然是DNA转入植物细胞的最先进体系。转化成功并再生转化植株。这些结果是惊人的，但必须看到Ti质粒或其衍生物作为普通转化载体的局限性。当前Ti质粒媒介的转化有效性，限于肿瘤农秆菌的天然寄主范围。因此，Ti质粒目前不适用于大多数单子叶植物，包括禾谷类。最重要的是，由于T-DNA不包含任何农业有用基因，必须鉴别经济或农业价值的精确基因顺序。这将要求充分表征分子的和生化的特性。要广泛分析整个植物基因组，遗传组织和基因产物功能调节的相关。
植物细胞具有二种核外遗传信息位置：线粒体和质体。大多数植物的细胞器特性是非孟德尔遗传。若干农艺重要特性是母性遗传，如质体发育，雄可育性，叶形态，和花分化。有可能这种遗传信息编码的特性，至少部分为质体或线粒体基因组所带有。高等植物的细胞器基因组是环形双链DNA。电镜观察鉴定出闭式(扭曲的)和开式(松弛的)圆环二者。许多例证中，细胞器基因组在结构和功能方面的了解，比核基因组的为好。
烟草属叶绿体DNA是双链环形结构，长约50nm，分子重95-100×106d。cp DNA易于复性，反映出叶绿体基因组的同质的或保守性质。在结构和遗传含量上它比核DNA的复杂性要低得很多。在发育期间，cpDNA复本数变异很大，从每叶绿体只有少数几个到100个。它可以三种形式存在：环、超旋环或环二聚体。每环分成不同区域。倒置重复区域通常长20-25千碱基，含有核糖体和转移RNA的基因。单复本区域含有许多叶绿体蛋白质和转移RNA基因，其编码能力超过100多肽。叶绿体基因组已知基因产物如表16-1。
表16-1 叶绿体基因产物
高等植物线粒体与真菌、酵母或动物细胞的很不相同。较大和变异很多。黄瓜的分子大小变异最大，同一家系内，线粒体基因组大小可相差7或8倍。至今高等植物线粒体基因组kb范围为250-2500。
线粒体基因组组织是独有的。复性动力学和限制性片段分析，指出其分子异质性。电镜分析指出大多数mtDNA存在着大线状分子，带有若干开环和共价闭环分子。环形DNA相对负数低，大小和相对数量有许多异质性。玉米至少观察到7级不同大小，从1．8-68kb，环形从少于1%-48%。马铃薯，
花属，美国地锦，烟草，Lilium usitatissimum与
菜观察到相同异质性。
深知高等植物mtDNA的异质性，为什么这些基因组这样大，它们编码什么尚属未知。玉米线粒体基因组编码三种核糖体(rRNA)，26s，18s和5s，以及18-20电泳区别的多肽。设想的鉴定其中4种多肽是细胞色素氧化酶亚单位I与Ⅱ，ATPase蛋白脂质和Varl核糖体蛋白质。很可能植物线粒体合成许多蛋白质，在哺乳动物或真菌线粒体未曾发现的。虽未能肯定其它们具有的格外DNA。
玉米线粒体基因组或是高等植物最广泛研究的mtDNA。由于设想细胞质雄性不育，病害感染性和籽粒大小降低，是线粒体编码的特性。由于线粒体的半自主性质，普遍存在，基因组的相对大小和其分子组织的信息，游离植物细胞器代表着巨大可能性，就是植物细胞原生质体的遗传转化。叶绿体或线粒体编码有益特性(如除莠剂抗性，或细胞质雄性不育)能以分离，纯化，通过融合技术转移给受体原生质体。游离的细胞器在转入受体原生质体前，也为人工培养遗传操作提供若干独特机会。
本节将开发和设想游离植物细胞细胞器对植物细胞遗传转化的潜在应用。还将鉴别技术和建议可能解答。
广大范围植物种和不同植株组织、愈伤组织培养体和细胞悬浮培养体都能分离，培养和再生。游离植物原生质体成为适于研究吸收各种生物材料的材料。若干初期研究清楚地证实了植物细胞原生质体经胞吞作用吸收聚苯乙烯颗粒。Willison等(1971)讨论了番茄果实原生质体颗粒吸与胞吞作用的关系。此外，许多研究指向植物细胞原生质体吸收微生物和病毒。如叶肉原生质体吸收烟草嵌合病毒和CaMV。但是，Cocking(1977)认为随着颗粒增大，只发生可以不计的微量的胞吞作用，大于0．5μ时，必需有特殊的逆境条件才能吸收颗粒。这些观察引导Davey与Cocking(1972)提出一种方法，能以产生质壁分离式的吸收微生物如固氮菌。基本上表明在质壁分离状态下，原生质体膜能使细菌陷入，包裹在原生质体内的小囊中。
Carlson(1973)报道细胞质编码的白化烟草突变体的原生质体吸收叶绿体后，细胞器吸收研究增多。再生了绿色植株，假定是野生型绿色烟草叶绿体掺入白化原生质体的结果。但是，由于没有论据指出受体细胞细胞质吸收叶绿体或吸收的结构分析，这种解释遇到相当多的反驳。此外，未能证实未处理的白化原生质体不能再生绿色植株。Potrykus(1973)提出偿试的特殊烟草白化突变体(周缘嵌合绿-自-白花叶突变体)经细胞培养可能产生绿色植株。
Kung(1975)报道白化烟草原生质体吸收野生种Nieotiana suaueolens的叶绿体，并再生绿色植株。后者具有叶绿体编码的N．suaveolens的典型的部分-I-蛋白质大亚单位，似可作为叶绿体吸收成功之例证。但是，这种再生绿色植株也有二亲种的部分-I-蛋白质小亚单位，提出至少有部分N．suaveolens基因组已经转移，最有可能是由于原生质体或亚原生质体融合而不是叶绿体的吸收的结果。Uchimiya与Wildman(1979)采用N．gossei的叶绿体和烟草原质体系白化突变体原生质体试验重复这种试验。未能观察到叶绿体吸入受体原生质体的论据。
许多学者用多种叶绿体供体和原生质体受体做叶绿体吸收试验(表16-2)。无例外地观察到叶绿体吸收，但外源叶绿体稳定地掺入受体细胞质和再生转化植株未获成功。应该注意到曾广泛研究游离核移植于原生质体。Lorz与Potrykus(1978)报道用不使受体原生质体成活力降低的培养条件，转移频率可达5%。未曾观察到移植核与受体细胞核间的核融合。
表16-2 植物原生质体吸收游离细胞器成功之例
细胞器转移的失败，无疑是由于这种多步进程中的许多障碍，包括细胞器分离、纯化、转移、选择和受体细胞质内的遗传亲和性。
(二)一般程序和关键变值
任何发掘植物细胞细胞器在遗传转化中的巨大潜势，必需满足许多特殊要求，包括细胞器纯化、转移方法、选择方案和核-质互作。
1．细胞器纯化 从细胞组成中分离和纯化特定细胞器是细胞器转移成功的首要条件。这些程序必须保证分离的细胞器的结构和生理完整性。曾从许多供源分离叶绿体，常用于叶绿体功能的生理或生化研究，或提取核酸。若干学者采用轻度溶菌作用，从分离的原生质体提取叶绿体，在密度梯陡上纯化。但是，分离叶绿体最常用和最高产量的方法，依赖于用富含叶绿体的叶组织放入特定组成的分离液磨碎。这些制品中含有叶绿体、线粒体、核、许多破碎细胞组成，和其它细胞残屑。采用密度梯陡离心可使叶绿体(或其它质体)纯化，由此根据颗粒密度而分开。典型地采用蔗糖造成梯陡。尤其是为了提取cpDNA，或测定亚细胞酶的位置。但是，从蔗糖密度梯陡离心制备的叶绿体，一般只保留有限CO2固定活性。许多学者报道采用硅溶胶如Ludox或Percoll以分离完整叶绿体，这些叶绿体表现光合高活性。硅溶胶渗透压极低，和黏性低，成为分离叶绿体的理想材料。此外，还没有线粒体、过氧化物体，和其它细胞组成。应注意提取缓冲液特别重要，尤其是MgCl2浓度。例如，辣椒果实分离叶绿体纯度，在较低浓度MgCl2大有改进。典型程序如表16-3。
表16-3 分离烟草叶绿体
(Reardon，1982)
a．分离培养液含： 1μMNa4P2O7，50mM HEPES，0．33M山梨醇，2mM Na2EDTA，1mM MgCl2·6H2O，1mM MnCl2和5mM异抗坏血酸，pH6．8。
b．见表16-4。
表16-4 烟草叶绿体沉降用分步梯陡
a．5×分离培养液含：5μM Na2P2O7，0．25M HEPES，2．0M山梨醇，10mM EDTA，5μM MgCl2·H2O和5mM MnCl2，pH6．8
b．异抗坏血酸缓冲液含：0．5M异抗坏血酸和0．05MHEPES，用6N NaOH滴定到pH7．0。
c．LBF由40ml Ludox AM，0．4g牛血清清蛋白，和0．4g Ficoll。
d．Cardawax 6000
硅溶胶梯陡也有利于分离和纯化线粒体。曾用菠菜叶和马铃薯块茎原生质体作为供体材料在不连续Percoll梯陡上分离和纯化线粒体。这种线粒体部分无其它夹杂的细胞器，证实了合理的线粒体酶活性。虽曾用蔗糖密度梯陡分离线粒体，但受到严重的渗透性破坏，使它不能用于成功地细胞器转移。应注意到许多植物源分离和纯化核取得成功。
2．转移方法 用常规分离和纯化法取得特定细胞器后，必须转移入受体原生质体。这种转化或吸收决不能损坏细胞器结构或功能。完成细胞器转移的最好机制是把游离细胞器与受体原生质体融合，好像原生质体相互间融合一样。许多学者确实采用这种方法。许多情况下，PEG有助于吸收。PEG媒介的游离叶绿体与原生质体融合的超微结构研究，深入揭示膜融合的复杂系列事项。光学显微镜观察结果，指出PEG使叶绿体导入原生质体的有效性。Davey等(1976)用电镜观察叶绿体吸收有关过程。从矮牵牛叶肉原生质体分离叶绿体。制品含70%完整质体。光学显微镜鉴定到3种类型：A型质体是完整的，具有典型双层膜被，表现全面正常。B型叶绿体也完整，但仅保留单膜，外层膜在分离过程中损失。C型叶绿体破碎，表现卵形或圆形。C型质体保留片层体系，但全部被复和基质一般是破损或不存在。用这种质体制品与爬山虎属原生质体经PEG6000媒介融合。电镜观察证实了全部三类叶绿体紧密地附着在原生质体质膜体。质膜体内陷而再封合，叶绿体为膜小囊所包围。甚至培养5天后，可测得含许多破损叶绿体的大的吸收小囊。
PEG处理后，A型叶绿体的二层膜融合成单层厚膜。这些叶绿体变成与原生质体质膜体紧密相联合，继之叶绿体被膜与质膜体融合，结果产生叶绿体基质与原生质体细胞质间的连续膜。实质上，只有叶绿体内含物传给原生质体细胞质。B型叶绿体行为与C型的相同。它们被包埋在质膜形成的小囊中，常见于原生质体细胞质。培养后，B型叶绿体的有限的膜与周围的小囊膜进行融合。因此很不可能保持其正常叶绿体功能。
PEG媒介的游离叶绿体与受体原生质体融合提出了细胞器吸收的二种要求：(1)要有传递体系引导游离叶绿体进入受体细胞质，以避免结构破坏，(2)必须有可选择遗传标志，以检测细胞器吸收是否成功。利用正的可选择的细胞器编码的遗传标志，将容许检测转化的原生质体，诚如微生物培养体中传统选择抗性突变或转化体一样。
Davey等(1976)观察和其他学者很少成功，要求寻找细胞器传给受体细胞质的另一种方法。包括脂质体包埋，亚原生质体，微原生质体和胞质体。近十年来脂质体研究较广泛，成为脂质双层膜间测定生理反应的模式系统。由于很多材料能包埋在脂质体内，其传递遗传物质进入植物原生质体，受到普遍重视。至今，脂质体已用于转移DNA，RNA，和叶绿体进入植物细胞原生质体。
脂质体包埋有很多优点：细胞器包在脂质小囊里，可保护不受PEG质壁分离的影响，否则会引起包被的融合。脂质体也能提供外膜，能与原生质体膜融合。脂质体带有一或更多细胞器，将与受体细胞质融合，最后放出其内含物进入受体细胞质。与细胞器-原生质体直接融合不同，脂质体传递的细胞器是完整的，并不为实际融合过程所损坏(图16-1)。Giles等(1980)用菠菜叶叶绿体包埋在脂质体中，并用PEG处理诱导与南洋金花或Neurospora crassa原生质体融合。二种受体原生质体吸收均告成功。采用放氧和叶绿素保持证实了转移的叶绿体的生理整体性。脂质体融合后，色素能保留3-4天，叶绿体与原生质体直接融合出有3-4h。融合后最初2．5h，曼陀罗属原生质体稳定地保持放氧，以后迅速下降。PEG直接诱导的叶绿体吸收结果，从融合后12min内，完全停止放氧。这些资料强有力地提出脂质体用于细胞器转入受体细胞质的潜势。
图16-1 游离的细胞器与受体原生质体直接融合或经脂质体媒介的埋藏细胞器转移入受体原生质体概略图
采用脂质体转移细胞器还有其它优点。可改变脂质体成分，以加强融合前脂质体与原生质体的凝集作用。采用正电荷脂质体已知能诱导脂质体-原生质体凝集和利于融合。此外，脂质体成分中可加固定化脂质，以保护包埋的细胞质活力。还有脂质体用作外源凝集素，使脂质体导向原生质体。用11个不同植物种制取原生质体．在特种外源凝集素存在下，出现凝集体。大豆凝集素附着在脂质体上的结果，增高脂质体与胡萝卜和烟草原生质体的结合，增高二者融合或包埋的细胞器传给受体细胞质。
亚原生质体或胞质体曾用于创造特殊的核质配合。但是，大多数情况下，转移的是混合细胞器群体，即叶绿体为线粒体所污染，或线粒体为核所污染等等。这与脂质体媒合融合结果显然不同，后者转给受体细胞质的是游离和纯化的。如果有了强有力生化选择方案，则融合后可选取需要的细胞器类型，但还付阙如。采用亚原生质体或胞质体也能排除采用有潜在价值的技术，即一旦游离细胞器转移成功后将会发生的。包括诱变发生，游离细胞器的遗传转化和细胞器融合。这些技术需要游离的和纯化细胞器，能在人工培养下操作，继之转入受体原生质体。亚原生质体中存在的细胞器，并不比原生质体融合有多大优点和易接受性。
3．选择方案 细胞器转移中，如有正选择方案用于检测转化的原生质体，这要方便得多。目前最常用的选择方法，是无色受体原生质体中掺入绿色叶绿体。此法简单，不须要特定遗传标志。但不易识别吸收的功能细胞器还是破损的。为此需要能检测特定细胞器类型和有效选择的精确方法。
许多抗生素抗性突变体曾证明对衣藻，酵母和原生质体融合后观察细胞器命运极为有用。高等植物研究最深的抗性突变体-遗传的和生化特性-是链霉素抗性。烟草突变体SR1的链霉素抗性的母性遗传与质体相关联。SR1突变曾广泛应用于原生质体融合异种间叶绿体转移。可见基于质体或线粒体的特定化学抑制剂抗性的正选择体系似乎是研究细胞器吸收的理想方法。
蓝茉莉花烟草也分离出母性遗传的林肯霉素抗性突变。林肯霉素是若干高等植物的叶绿体核糖体功能的极有效抑制剂。其抗性系LR 400对链霉素敏感，指出对每种抗生素是独立位点互作这种结果与Nierhaus等(1980)的发现相一致，即链霉素和林肯霉素与叶绿体中所见的原核型核糖体不同亚单位互作。
抗性突变如SR1和LR400可能很有用于证实细胞器吸收。图16-2表明采用遗传标志的叶绿体以控制原生质体吸收的可能方案。就此用于转移的叶绿体以链霉素抗性为标志。分离、纯化和脂质体包埋这些叶绿体，与受体原生质体融合。融合产物培养在加链霉素培养基上，由此只有为抗性叶绿体转化的原生质体能生长，分裂和最后再生完整植株。采用直接选择，吸收有生活力叶绿体的原生质体能分离得到。采用线粒体抗性对任一呼吸抑制剂抗性，也能设想相同方法。
图16-2 叶绿体吸收和转化原生质体选择
采用上法转移细胞器虽很可取，但高等植物分离细胞质突变有困难。随着高频率转移体系的发现，对生化和遗传选择体系的要求将变得不突出。复质体或线粒体标志的存在，有利于创造和选择迄今未有的独特遗传组合。
4．核-质互作 质体含有原质体系和核基因组二者的基因产物。曾提出质体似乎具有编码足够蛋白质(>150)以支持高水平自养性，已知质体生理功能受制于质体和核基因组。许多情况下，叶绿体蛋白质于核体核糖体和细胞质核糖体上合成，作为亚单位，运送到叶绿体中，最后集合。最广泛研究的如此合成的叶绿体蛋白质是RUBP羧化酶和ATP合成酶复合体。表1列举其它已知叶绿体基因产物。
线粒体与叶绿体一样，表现同样对核的遗传依赖性。大多数线粒体蛋白质是亚单位蛋白质，含有核和线粒体编码的组成，在线粒体内集合。但是，最有说服力的核-线粒体遗传互作是出现细胞质雄性不育。后者与某些线粒体和基因产物的不亲和性有关连，结果产生雄性不育。研究游离的雄性可育和雄性不育细胞质线粒体的翻译产物指出与雄性不育细胞质有关的几种独特多肽。玉米cms-T和cms-C雄性不育细胞质中，格外合成13000MW多肽和17500MW多肽，而分别缺少21000MW和15500MW多肽。有意义的是为核恢复基因育性恢复阻碍cms-T细胞质中13000MW多肽的合成。这些多肽的功能虽尚属不知，强烈指出线粒体包含着细胞质雄性不育。可见cms可能是线粒体-核不亲和的结果，曾从原生质体融合中产生。已知从Nicotiana属原生质体融合产生的某些核与线粒体组合，结果，产生的体细胞杂种，表现细胞质雄性不育。
当着眼于取得再生功能性有生活力完整植株的细胞器吸收试验时，不容忽视核-质互作的复杂性。表16-3结果表明未能考虑这种问题。采用远缘组合试验中，例如衣藻细胞器与胡萝卜原生质体。很有可能即使把有生活力质体导入受体细胞质取得成功，这些质体可能与受体原生质体核不亲和。最好的方法是采用密切有关种或同种间的狭窄组合。这种方法可能局限着细胞器转移的利用，应考虑到人工培养诱变、质体转化、质体融合和细胞质编码遗传变异，能用组织创造新细胞器变异，以利于育种系间的转移。实质上，体细胞克隆变异可提供很有用遗传变异体，作为质体和线粒体之源，经细胞器吸收创造新核-质组合。
核-质亲和性应是细胞器吸收试验主要问题，游离细胞器转移技术，无疑可扩大核-质间互作的知识，实际上有助于确立亲和性限制。
总之植物细胞细胞器的分离和培养，以及经融合而转给受体原生质体，是植物细胞遗传转化的极可喜的机制。代表着遗传转化的各别单位的线粒体和质体，担负着许多重要农艺和生化性质。从植株分离和纯化线粒体能力，在cms和这些细胞器转移给特定受体原生质体，是作物遗传工程的极端有力手段。由此可很容易和更经济地产生杂种种子。同样，能分离完整叶绿体，用以证实叶绿体编码的除莠剂抗性或有可能增高光合效率，并把这些细胞器转入受体原生质体和再生遗传的变异植物。
这些方案是设想的，包含许多疑点，需加克服，各种试验组分如细胞器分离、原生质体分离、细胞器转移、选择、和再生完整植株，正在开始合成一种步调，使之能在不久成为常规技术。
细胞器转移技术无疑将开启若干可喜的交织技术，将能大大地增强转移离体细胞器能力，和扩展对核-质互作和叶绿体和线粒体遗传组织的现有知识。细胞器转移技术将大有益于细胞器诱变发生。分离叶绿体或线粒体突变体十分困难。涉及许多因素，其一是诱变剂的特定标的。细胞器可在人工培养下分离、纯化和诱变，继之转给受体原生质体，从而选择突变体表型。这样易于达到诱变剂针对细胞器的特定标的发生作用，而无使细胞质破损的可能性。
分离和转移细胞器能力，也有利于精确的遗传操作。一旦从细胞混杂物中分离和纯化细胞器群体，可在人工培养下为外源DNA所转化。阻碍整体原生质体DNA吸收的核酸酸消化问题，离体细胞器不是大问题。一旦转化成功，细胞器能转给原生质体，就此进行选择。在细胞器转移时，细胞器膜能保护外源DNA片段不受解体。为了使这种方法成为现实，外源DNA必需与细胞器基因组相整合，以保证遗传稳定性和转化片段必需能以表达。细胞器DNA片段组成的载体，有利于整合。这些载体有可能改造，包括促进系，以保证在特定细胞器内表达。积累细胞器基因组和它们的组织的知识，无疑将有可能更确切地构成这类载体。另一方面，能用从带有需要特性(如除莠剂抗性或cms)的细胞器群体取得的纯化cpDNA或mtDNA处理离体细胞器。经重组使这些特性成功地掺入细胞器基因组。由此转化的细胞器能转入受体原生质体并加选择。细胞器转化最可能限于细胞器编码的特性。由于分室问题和核-质互作复杂性，似乎不易使核编码的特性在细胞器内单独明显表达。
质体融合是利用细胞器转移能开拓的领域。许多原生体融合试验证明mtDNA易于进行重组。烟草二个品种的原生质体融合结果，形成细胞质杂种(C杂种)，具有与双亲不同的mtDNA。它们代表着亲本线粒体间的重组。线粒体重组已成为常规观察，高等植物叶绿体重组尚待发现，证实了叶绿体的单向遗传。其理尚属不知，但易于设想质体重组用于二程改良叶绿体类型，即把增高光合效率与莠去津抗性相组合。采用促进原生质体融合方法，可使质体在人工培养下融合。并使转给原生质体和进行选择。采用质体的链霉素或林肯霉素抗性能鉴定质体融合和转入原生质体的若干参数(图16-3)。抗链霉素质体可与抗林肯霉素质体相融合，并转入受体原生质体。然后，在链霉素和林肯霉素同时存在下，选择转化原生质体，确证只有含有杂种质体的细胞能以生存，并再生完整植株。
图16-3 人工培养下叶绿体融合。二种供体源分离链霉素和林肯霉素抗性叶绿体，人工培养下融合，和经脂质体媒介融合转入受体原生质体。在链霉素和林肯霉素存在下，选择转化的原生质体，以保证带有质粒的细胞生存．然后再生完整植株
存在于线粒体和叶绿体的遗传信息编码许多重要农艺特性。随着这些细胞器的分子和生化水平上的了解增进，操作这种遗传信息和创造独特遗传组合，变得十分重要。目前植物细胞转化研究，利用Ti质粒或其它载体系统，并未着眼于细胞质特性，限于着重研究更复杂的核编码特性。由于质体基因组相对较小，和其分子组织了解日益增多，游离植物细胞细胞器为遗传转化植物细胞原生质体提供可喜的可能性。
许多为难技术问题尚待研究，植物细胞培养的现代进展，还有脂质体技术和分子生物学，为未来细胞器转移和有机技术成为现实的吉兆，如果不是高等植物遗传操作有力手段的话。
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