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叶绿体转化研究新进展

邢少辰  
【摘要】:植物细胞中的遗传物质存在于三个物理上分割开的空间,即细胞核,线粒体和叶绿体。叶绿体是植物细胞中特有的细胞器。作为植物细胞重要的细胞器,叶绿体在植物的光合作用中发挥不可替代作用。目前,植物的转基因研究主要是核转化,经过二十年的发展,已经取得了举世瞩目的成就。在以核转基因为主体植物转基因研究中,叶绿体转化正在受到越来越多的关注,成为植物转基因研究中一个新途径。与核转基因技术相比,叶绿体转化具有明显的优势,主要表现在以下几个方面:(1)外源基因的表达效率高,甚至可以达到可溶性总蛋白的70%;(2)外源基因可以通过设计载体达到定点整合的目的 ,避免了核转化中外源基因随机插入后寻找困难;(3)由于叶绿体来自于古细菌蓝藻,通过内共生的方式进化而来,表达体系有原核表达的特性,可以直接表达来自原核的功能基因;(3)基于原核表达的特征,在叶绿体基因组中可以同时表达多个基因,提高了转化效率;(4)没有载体序列、位置效应和多效性;(5)没有核转化中经常出现的基因沉默现象;(6)绝大多数植物属于母性遗传,叶绿体转化可有效控制核转化中花粉飘移对自然界中其它野生型物种可能造成的基因污染,消除环境安全隐患。叶绿体转化的研究主要可以划分为二个方向,一是利用叶绿体转化技术改良农作物重要的农艺性状,例如提高植物抗病虫、抗除草剂水平,增强植物抵御盐碱、干旱等非生物逆境的能力,也可以通过叶绿体转化形成细胞质雄性不育。如在胡萝卜质体基因组中插入甜菜碱醛脱氢酶BADH基因,后代的转基因植株可以耐受400mM的NaCl胁迫,达到了目前已报道转基因植物中耐盐水平的最高值;二是利用叶绿体转化表达量高的优势生产药用蛋白等生物制剂和疫苗,最常用也是最成功的植物是烟草,目前已知的大多数生物制剂和疫苗采用烟草作为受体材料,其优势在于它既不是粮食也不是饲料,而且生物量大,转化效率高;其次用藻类叶绿体转化如莱茵衣藻生产药用蛋白成为一个新亮点。最后,介绍国内的叶绿体转化进展情况以及本课题组在紫花苜蓿和烟草叶绿体遗传转化方面取得的新进展。

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