体細胞融合

体細胞融合は、プロトプラスト融合とも呼ばれ、植物の遺伝子組み換えの一種であり、2つの異なる種の植物を融合させて、両方の特徴を備えた新しい雑種植物、つまり体細胞雑種を形成する。^[1]雑種は、同じ種の異なる品種間（例：非開花ジャガイモ植物と開花ジャガイモ植物の間）または2つの異なる種間（例：小麦TriticumとライムギSecaleの間で作られ、 Triticaleが生成される）で生産されている。

体細胞融合の用途には、ジャガイモの葉巻き病に耐性のある植物の開発などがある。^[2]体細胞融合では、アブラムシ媒介生物によって伝染するウイルス性疾患によって収穫量が大幅に減少しているジャガイモ作物Solanum tuberosumを、その疾患に耐性のある野生の塊茎のないジャガイモSolanum brevidensと融合させる。結果として生じる雑種は両方の植物の染色体を持ち、したがって倍数体植物に似ている。体細胞雑種化は、CarlsonらによってNicotiana glaucaで初めて導入された。^[3]

体細胞融合のプロセスは4つの段階で起こる：^[4]

1. セルラーゼ酵素を使用して各タイプの植物の1つの細胞の細胞壁を除去し、プロトプラストと呼ばれる体細胞を生成します。
2. その後、細胞は電気ショック（電気融合）または化学処理を使用して融合され、細胞が結合して核が融合します。結果として生じる融合核は異核共存体と呼ばれます。
3. その後、ホルモンを用いて細胞壁の形成が誘導される。
4. その後、細胞はカルスに成長し、さらに植物体に成長し、最終的には体細胞雑種と呼ばれる完全な植物になります。

種子植物の手順は上で説明したとおりですが、コケ原形質体の融合は電気ショックを使わずポリエチレングリコール（PEG）を使用することで開始できます。さらに、コケ原形質体は再生に植物ホルモンを必要とせず、カルスを形成しません。^[5]代わりに、再生中のコケ原形質体は発芽中のコケ胞子のように動作します。^[6]さらに、硝酸ナトリウムとカルシウムイオンを高 pH で使用できますが、結果は生物によって異なります。^[7]

異なる種類の体細胞を融合してハイブリッド細胞を得ることができる。ハイブリッド細胞は、例えば、

（i）細胞分裂と遺伝子発現の制御を研究すること、

（ii）悪性転化を調査するため、

（iii）ウイルスの複製を得るため、

（iv）遺伝子または染色体のマッピングおよび

(v)ハイブリドーマ（不死化細胞と抗体産生リンパ球との交雑細胞）の作製によるモノクローナル抗体の生産等

体細胞ハイブリダイゼーションによる染色体マッピングは、基本的にヒトとマウスの体細胞の融合に基づいています。一般的に、ヒトの線維芽細胞または白血球がマウスの連続細胞株と融合されます。

ヒト細胞とマウス細胞（または任意の 2 種の哺乳類細胞、あるいは同じ種の細胞）を混合すると、非常に低い速度（10-6）で自発的な細胞融合が起こります。紫外線で不活化したセンダイ（パラインフルエンザ）ウイルスまたはポリエチレングリコール（PEG）を添加すると、細胞融合は 100 ～ 1000 倍促進されます。

これらの物質は細胞の細胞膜に付着し、融合を促進するように細胞の特性を変化させます。2 つの細胞が融合すると、ヘテロカリオン、つまり融合する各細胞から 1 つずつ 2 つの核を持つ単一のハイブリッド細胞が生成されます。その後、2 つの核も融合して、単一の核を持つハイブリッド細胞が生成されます。

体細胞ハイブリダイゼーションの一般的なスキームは、次のように説明できます。適切なヒト細胞とマウス細胞を選択し、不活化センダイウイルスまたは PEG の存在下で混合して細胞融合を促進します。一定時間後、細胞 (ヒト、マウス、および「ハイブリッド」細胞の混合物) を、ハイブリッド細胞のみの増殖を可能にする選択培地(例: HAT 培地) に播種します。

ハイブリッド細胞のクローン（それぞれ単一のハイブリッド細胞から派生）がいくつか分離され、細胞遺伝学的分析と適切な生化学的分析の両方が行われ、調査中の酵素/タンパク質/形質が検出されます。現在、ハイブリッドクローンにおける 形質の有無とヒト染色体の有無との相関関係を調べる試みが行われています。

ヒト染色体の存在と不在、およびハイブリッドクローンの特性の存在と不在の間に 完全な相関関係がある場合、その特性を制御する遺伝子は、関係する染色体に位置するとみなされます。

HAT 培地は、雑種細胞の選択に使用されるいくつかの選択培地の 1 つです。この培地には、ヒポキサンチン、アミノプテリン、チミジンが補充されているため、HAT 培地と呼ばれています。代謝拮抗物質のアミノプテリンは、単糖類とアミノ酸からのプリンとピリミジンの細胞生合成を阻害します。しかし、正常なヒトとマウスの細胞は、培地中に存在するヒポキサンチンとチミジンをサルベージ経路を介して利用できるため、依然として増殖できます。サルベージ経路は通常、核酸の分解によって生成されたプリンとピリミジンをリサイクルします。ヒポキサンチンは、酵素ヒポキサンチン-グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ(HGPRT) によってグアニンに変換され、チミジンはチミジンキナーゼ(TK)によってリン酸化されます。HGPRT と TK は両方ともサルベージ経路の酵素です。 HAT 培地では、活性 HGPRT (HGPRT+) および TK (TK+) 酵素を持つ細胞のみが増殖でき、これらの酵素が欠損している細胞 (HGPRr- および/または TK-) は分裂できません (HAT 培地中に存在するアミノプテリンによりプリンおよびピリミジンを生成できないため)。HAT 培地を選択剤として使用するには、融合に使用するヒト細胞はHGPRT または TK のいずれかの酵素が欠損している必要があり、マウス細胞はこれらのペアのもう一方の酵素が欠損している必要があります。したがって、HGPRT 欠損ヒト細胞 (TK+ HGPRr- と表記) と TK 欠損マウス細胞 (TK- HGPRT+ と表記) を融合することができます。それらの融合産物 (ハイブリッド細胞) は TK+ (ヒト遺伝子による) および HGPRT+ (マウス遺伝子による) となり、HAT 培地上で増殖しますが、ヒト細胞およびマウス細胞は増殖できません。他の選択培地を用いた実験も同様の方法で計画できます。

1. 体細胞融合は、有性生殖ができない（無性生殖または不妊）植物間で2 つの異なる親ゲノムを組み換えることができる唯一の手段であると思われます。
2. 性的に不稔な（一倍体、三倍体、異数体）植物のプロトプラストを融合して、稔性のある二倍体や倍数体を作り出すことができます。
3. 体細胞融合は性的不適合障壁を克服します。 場合によっては、2 つの不適合な植物間の体細胞雑種が産業や農業に応用されることもあります。
4. 体細胞融合は細胞質遺伝子とその活性の研究に役立ち、この情報は植物育種実験に応用できます。

注: この表にはいくつかの例のみが記載されており、交配は他にもたくさんあります。この技術の可能性は大きいですが、すべての種が簡単にプロトプラスト培養できるわけではありません。