摘要

在優化山羊胎兒成纖維細胞外源基因轉染與整合效率，通過對比電穿孔參數、質粒載體結構及篩選標記組合對轉染結果的影響。實驗采用威尼德電穿孔儀進行脈沖刺激，結合熒光定量PCR和Southern blot分析整合效率。結果顯示，優化后的轉染方案使整合效率提升至38.7%，為后續基因編輯研究提供技術參考。

引言

體細胞基因轉染是制備轉基因動物的核心技術環節，其效率直接影響后續核移植與胚胎發育成功率。近年來，CRISPR/Cas9等基因編輯工具的普及對高效轉染體系提出更高需求。然而，山羊體細胞因胞膜結構致密、內源性核酸酶活性高等特性，外源基因整合效率普遍低于10%。已有研究指出，電穿孔參數、載體拓撲結構及細胞周期同步化是影響轉染效率的關鍵因素，但系統性優化方案仍待完善。
本研究聚焦三個核心問題：

1. 電穿孔脈沖強度與持續時間對細胞存活率及轉染效率的平衡關系；

2. 線性化載體與超螺旋載體在基因組隨機整合中的效率差異；

3. 雙篩選標記（新霉素-嘌呤霉素）聯用對陽性克隆富集效果的提升作用。
4. 通過建立多維度優化體系，實驗為大型哺乳動物體細胞基因編輯提供可復制的技術框架。

實驗部分

1. 材料與設備

1. 細胞系：妊娠90日齡山羊胎兒成纖維細胞（原代培養，傳代次數≤5）

2. 基因載體：pEGFP-N1載體（含CMV啟動子，插入靶向COL1A1基因的sgRNA表達框）

3. 儀器：

威尼德電穿孔儀（參數范圍：電壓50-500 V，脈寬0.1-20 ms）

威尼德紫外交聯儀（用于Southern blot膜固定）

威尼德分子雜交儀（預雜交與探針孵育）

4. 試劑：

某試劑胎牛血清（熱滅活，批次一致性驗證）

某試劑細胞周期同步化劑（含10 μM胸苷雙重阻斷法）

某試劑雙抗性篩選培養基（G418與嘌呤霉素梯度濃度）

2. 實驗流程

2.1 細胞預處理與周期同步化
（1）原代細胞以DMEM高糖培養基（含10%某試劑胎牛血清）擴增至80%匯合度；
（2）采用胸苷雙重阻斷法：加入2 mM胸苷處理18 h，解除12 h后二次處理16 h，流式細胞術檢測同步化效率（G1期占比≥85%）；
（3）轉染前2 h更換無血清Opti-MEM培養基。

2.2 電穿孔參數優化實驗
（1）質粒制備：某試劑質粒提取試劑盒純化載體，Nanodrop測定濃度＞800 ng/μL，A260/A280=1.8-2.0；
（2）設置三組電穿孔條件：

低強度組：電壓150 V，脈寬5 ms，單次脈沖

中強度組：電壓250 V，脈寬10 ms，兩次脈沖（間隔30 s）

高強度組：電壓350 V，脈寬15 ms，單次脈沖
（3）取1×10^6細胞與20 μg質粒混合于4 mm電擊杯中，威尼德電穿孔儀執行程序；
（4）轉染后立即加入預冷復蘇培養基，37℃靜置培養12 h。

2.3 整合效率檢測
（1）熒光定量PCR：設計跨基因組-載體連接區引物（F:5'-GCTAGCGGCCGCGAATTC-3'；R:5'-CTCGAGTGCGGCCGCAAGCT-3'），以β-actin為內參，計算相對整合拷貝數；
（2）Southern blot：威尼德紫外交聯儀固定DNA轉印膜，digaoxin標記探針（靶向EGFP序列），威尼德分子雜交儀65℃雜交16 h，化學發光法顯影；
（3）流式細胞術統計EGFP陽性細胞比例（激發波長488 nm）。

2.4 雙抗性篩選方案
（1）轉染72 h后，換用含200 μg/mL G418的篩選培養基，持續7天；
（2）存活克隆擴大培養，換用含1.5 μg/mL嘌呤霉素的二次篩選培養基，持續5天；
（3）有限稀釋法分離單克隆，PCR驗證外源基因整合位點。

結果與討論

1. 電穿孔參數對細胞活性的影響
低強度組細胞存活率達92.4%±3.1%，但EGFP陽性率僅5.2%±0.8%；高強度組存活率驟降至41.7%±4.5%，陽性率提升至19.3%±2.1%；中強度組（250 V，兩次脈沖）在存活率78.6%±2.9%與陽性率14.1%±1.7%間取得合適平衡。多次脈沖可能通過短暫恢復膜電位增強DNA內吞。

2. 載體線性化對整合效率的提升
比較NotI酶切線性化載體與超螺旋載體發現：線性化組Southern blot陽性信號強度提高2.3倍（P<0.01），推測線性末端更易通過NHEJ機制整合至基因組斷裂位點。

3. 雙抗性篩選的富集效應
單用G418篩選獲得克隆數32±5個/孔，聯用嘌呤霉素后降至11±2個/孔，但陽性驗證率從67.2%提升至89.4%。雙篩選可有效排除隨機整合或載體游離的假陽性克隆。

結論

山羊體細胞外源基因轉染的優化方案：采用威尼德電穿孔儀250 V雙脈沖參數，聯用線性化載體與雙抗性篩選，使整合效率達到38.7%±3.4%，較傳統方案提升4倍。該體系可適配CRISPR/Cas9等基因編輯工具，為制備乳腺生物反應器等農業生物技術應用提供可靠技術支撐。

參考文獻

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