叶绿体遗传转化的研究

叶绿体的遗传转化是近几年发展起来的新领域。本文主要介绍了叶绿体遗传转化的特点、基本原理和外源基因转化叶绿体的方法与技术;综述了国外在此方面的研究进展及最新成就,以及叶绿体遗传转化体系在基础研究和生物技术领域中的应用。     

叶绿体遗传转化的研究进展

核转化技术是基因工程的主要方法,但其多方面的不安全性使人们把焦点转向了植物基因工程另一目标：叶绿体遗传转化。本文介绍了叶绿体基因及基因组;叶绿体遗传转化的原理和方法：叶绿体转化的优点。重点介绍了关于叶绿体遗传转化国内外研究新进展。     

叶绿体转化体系研究进展

叶绿体转化具有表达效率高,安全性高,遗传稳定,以及多基因可以同时转化等特点。真核或原核的外源基因都能在叶绿体中进行成功表达,至少有20种植物成功的进行了叶绿体转化。叶绿体作为生物反应器具有广阔的应用前景。     

高等植物叶绿体表达重组蛋白研究进展

近年来,基因工程技术发展迅速,许多重组蛋白得以表达。其中利用植物生物反应器表达特异药物蛋白为人类一些重要疾病的预防和治疗提供了新途径。植物叶绿体遗传转化和表达系统成为目前植物生物反应器的研究热点。因结构和遗传上的特殊性,高等植物叶绿体在重组蛋白表达方面具有独特优势,外源基因表达量高、定点整合,而且叶绿体母系遗传特性保证了生物安全性。很多重要药用蛋白质在植物叶绿体中表达成功。烟草作为高等植物叶绿体转化模式植物,在疫苗抗原、抗体等药物蛋白和其他重要重组蛋白表达方面取得显著进展。高等植物叶绿体遗传转化也为叶绿体基因的表达和调控机制的研究提供新的技术和方法。文中从叶绿体遗传转化原理、载体构建、重组蛋白和重要药物蛋白在叶绿体中的表达以及重组蛋白表达对植物代谢和性状影响等多个角度,对高等植物叶绿体遗传转化体系研究的新进展进行了综述,以期为叶绿体表达平台的开发和重要药用蛋白质的表达提供新思路。     

叶绿体转化及其用于疫苗表达研究的最新进展

随着植物转基因研究的不断深入,核基因组转化的转基因沉默现象严重影响了基因工程的应用效果。植物叶绿体遗传转化以叶绿体基因组为平台对植物进行遗传操作,外源基因定点整合及母性遗传特性能较好地解决"顺式失活"和"位置效应"等类的基因沉默问题和转基因逃逸等安全问题,成为植物基因工程发展的新方向,在工业、农业及医药生物领域发挥了重要作用,也为生产廉价、安全的植物疫苗提供了新思路。本文在简要介绍叶绿体转化的原理、转化方法与优势的基础上,重点综述了近年来通过该技术表达的一些重要的病毒抗原和细菌抗原。最后,对叶绿体转化技术在表达外源基因方面存在的问题进行分析。未来随着叶绿体基因表达、调控机制研究的逐渐深入及相关技术体系的日臻完善,叶绿体转化有望成为疫苗生产的生力军。     

外源基因在叶绿体表达系统中高效表达研究进展

综述叶绿体表达系统的特点,转化方法,同质化研究及提高外源基因在叶绿体基因组中表达水平的研究状况。     

叶绿体基因工程研究进展

叶绿体是植物细胞和真核藻类执行光合作用的重要细胞器,在叶绿体中表达外源基因比在细胞核中表达具有一些独特优势。叶绿体基因工程涉及叶绿体的基因组特征、转化系统的优点、转化过程及方法等方面,叶绿体基因工程在提高植物光合效率、改良植物特性、生产生物药物及改善植物代谢途径等方面已得到应用。尽管叶绿体基因工程还存在同质化难度高、标记基因转化效率较低、宿主种类偏少等问题,但作为外源基因在高等植物中表达的良好平台其仍然具有广阔的发展和应用前景。     

叶绿体基因工程研究的理想材料——衣藻

狭义的叶绿体基因工程主要是将目的基因经克隆、修饰后,与合适的表达元件（启动子、终止子、筛选标记基因等）及转化载体进行体外重组,并进而导入植物叶绿体中,通过同源重组,使之定点整合、稳定表达、稳定遗传并表现出目的性状的过程。广义的叶绿体基因工程则还包括叶...     

高等植物的叶绿体转化系统及研究进展

在高等植物的细胞中 ,细胞核、叶绿体和线粒体都含有ＤＮＡ ,它们构成了既相对独立又相互联系的遗传系统。以细胞核为外源基因受体的植物基因工程已被广泛地应用于重要农作物的改良。但核基因转化仍存在一系列难以解决的问题 ,如细胞核基因组大、背景复杂 ;外源基因的表达效率低 ,后代不稳定 ;环境安全难以保证等。为克服核基因转化存在的不足 ,1 988年 ,Ｂｏｙｎｔｏｎ等[1] 以衣藻为材料用基因枪进行外源基因对叶绿体的转化 ,首次证实了叶绿体转化的可行性。这项工作使人们意识到植物的叶绿体不仅是光合作用的重要场所 ,也可以作为植物基…     

叶绿体转化三角褐指藻表达外源蛋白

为建立三角褐指藻(Phaeodacty lum tricornutum)叶绿体表达体系,从其叶绿体基因组中克隆了rnS-trnI、trnAml序列作为遗传转化同源重组序列,并以氯霉素抗性基因(CAT)表达盒作为筛选标记,以及绿色荧光蛋白基因(GFP)表达盒作为报告基因.以TA克隆载体pMD19-T为基础,将CAT表达盒...     

用于叶绿体遗传转化的表达载体

叶绿体遗传转化是植物基因工程的新方向。本文简要介绍用于叶绿体遗传转化的表达载体的构建方法,涉及同源重组片段、叶绿体特异的启动子和终止子、筛选标记基因,以及目前在叶绿体中已实现表达的外源基因等内容。 Abstract:Chloroplast genetic transformation is a new way of plant genetic engineering.This paper reviews the construction methods of expression vector used in chloroplast genetic transformation.It contains the homologous recombinant fragments,the chloroplast specific promoter and terminater,the selectable marker genes and the interest genes whose expression in chloroplast have been achieved.     

Advances in chloroplast engineering

The chloroplast is a pivotal organelle in plant cells and eukaryotic algae to carry out photosynthesis, which provides the primary source of the world＇s food. The expression of foreign genes in chloroplasts offers several advantages over their expression in the nucleus： high-level expression, transgene stacking in operons and a lack of epigenetic interference allowing stable transgene expression. In addition, transgenic chloroplasts are generally not transmitted through pollen grains because of the cytoplasmic localization. In the past two decades, great progress in chloroplast engineering has been made. In this paper, we review and highlight recent studies of chloroplast engineering, including chloroplast transformation procedures, controlled expression of plastid transgenes in plants, the expression of foreign genes for improvement of plant traits, the production of biopharmaceuticals, metabolic pathway engineering in plants, plastid transformation to study RNA editing, and marker gene excision system.     

高等植物叶绿体基因组转化的应用

叶绿体基因组转化技术由于其独特的优越性,现已成为植物基因工程的研究热点。本文简单介绍了叶绿体基因组转化技术的原理和方法;并重点综述了该技术在基础研究和实践中的应用。这些应用主要包括利用叶绿体基因组转化技术进行Rubisco的组装,叶绿体基因结构、转录、翻译和RNA编辑等研究;利用叶绿体作为生物反应器生产人生长激素、霍乱毒素抗体、聚羟基丁酸脂和生物弹性蛋白等;获得抗虫、抗病、抗除草剂和耐旱的转基因植物;以及降低转基因植物的外源基因扩散等。     

质体基因工程中选择标记基因研究进展

与细胞核基因工程相比,质体基因工程能更安全、精确和高效地对外源基因进行表达,作为下一代转基因技术已广泛用于基础研究和生物技术应用领域。与细胞核基因工程一样,质体基因工程中也需要合适的选择标记基因用于转化子的筛选和同质化,但基于质体基因组的多拷贝性和母系遗传特点,转化子的同质化需要一个长期的筛选过程,这就决定了质体基因工程中选择标记基因的选择标准将不同于细胞核基因工程中广泛使用的现行标准。目前,质体基因工程的遗传转化操作中使用较多的是抗生素选择标记基因,出于安全性考虑,需要找到可替换、安全的选择标记基因或有效的标记基因删除方法。本文在对质体基因工程研究的相关文献分析基础之上,对主要使用的选择标记基因及其删除体系进行了综述,并对比了其优缺点,同时探讨了质体基因工程中所使用的报告基因,以期为现有选择标记基因及其删除体系的改进和开发提供一定参考,进一步推动质体基因工程,尤其是单子叶植物质体基因工程的发展。     

Stable transformation of petunia plastids

Plastid transformation results in stably expressed foreign genes, which for most Angiosperms are largely excluded from sperm cells, thereby greatly reducing the risk of foreign gene spread through pollen. Prior to this work, fertile plastid transformants were restricted to tobacco, tomato and Lesquerella . Application of plastid engineering in the important floriculture industry requires the development of stable plastid transformation in a major ornamental plant species such as Petunia hybrida. Here we describe the successful isolation of fertile and stable plastid transformants in a commercial cultivar of P. hybrida (var. Pink Wave). Plastid targeting regions from tobacco were used to integrate aad A and gusA between the acc D and rbc L genes of P. hybrida plastid DNA following particle bombardment of leaves. For three spectinomycin and streptomycin resistant lines, DNA blot analysis confirmed transgene integration into plastid DNA and homoplasmy. Maternal inheritance and homoplasmy resulted in 100 transmission of spectinomycin resistance to progeny after selfing. Plastid transformants expressed the gusA gene uniformly within leaves and to comparable levels in all three lines. Insertion of trait genes in place of gusA coding sequences enables immediate applications of our plastid transformation vector. Establishment of plastid transformation in P. hybrida facilitates a safe and reliable use of this important ornamental plant for research and plant biotechnology.These two authors contributed equally to this work.     

叶绿体基因组研究进展

作为植物细胞器的重要组成部分和光合作用的器官,叶绿体在生物进化的漫长历史中发挥了重要作用.伴随着生物技术的深入发展,人们发现叶绿体基因组结构和序列的信息在揭示物种起源、进化演变及其不同物种之间的亲缘关系等方面具有重要价值.与此同时,比核转化具有明显优势的叶绿体转化技术在遗传改良、生物制剂的生产等方面显示出巨大潜力,而叶绿体基因组结构和序列分析则是叶绿体转化的基石.基于叶绿体的这些重要作用,收集整理了有关的资料,从几个方面归纳了本领域最近的研究进展,希望能使读者对迅速发展的叶绿体基因组研究有更全面的了解,以及对叶绿体基因组在物种的进化、遗传、系统发育关系等方面的作用有更深刻的认识,同时也希望对叶绿体转化技术的研究和广泛应用产生积极作用.     

Rapid and proven production of transplastomic tobacco plants by restoration of pigmentation and photosynthesis

Tobacco chloroplast transformation is typically achieved using dominant, selectable antibiotic resistance genes such as aadA, nptII and aphA-6. An improvement would be the combination of such a marker with a visual screening system for the early and conclusive detection of plastid transformants. As such, we investigated the use of three photosynthesis-deficient plastid mutants, DeltapetA, Deltaycf3 and DeltarpoA, for the development of a phenotypic selection system. Mutant plants were used as an alternative to the wild-type as source tissue for transformation, re-introducing deleted plastid sequences and using the aphA-6 gene as a selection marker. The reconstitution of the deleted genes in transformed regenerants resulted in shoots with a visually distinct phenotype comparable to the wild-type. This transformation/selection system overcomes the common problems associated with plastid transformation, e.g. the recovery of spontaneous mutants or nuclear insertions. In addition to the benefits offered by phenotypic selection, phenotype reconstitution leads to restoration of photosynthesis, which we assume drives reconstituted plants rapidly towards homoplasmy. As such, repeated cycles of regeneration in the presence of an antibiotic selection agent are no longer required.     

Bt基因甜菜叶绿体转化载体构建及毒蛋白表达

利用植物叶绿体基因组在进化中高度保守的特点,根据烟草、菠菜、水稻叶绿体基因组全序列资料设计合成引物,PCR扩增并克隆了甜菜叶绿体两个重要功能基因rbcL和atpB(GenBank登录号分别为DQ067450和DQ067451),并以其作为定点整合外源基因的同源重组片段,构建了Bt基因CryIAc甜菜叶绿体定点转化载体pSKARBt,酶切鉴定表明:所构建载体符合预期设计。对克隆菌菌体总蛋白进行了生物杀虫试验,结果表明:Bt基因CryIAc能够在叶绿体特异性启动子及终止子的调控下表达,并对二龄末甘蓝夜蛾有很强的毒杀作用。该载体构建对培育甜菜高抗虫品种具有重要应用价值。叶绿体转化及后续工作正在进行中。     

Recombination and Heterologous Expression of Aliophycocyanin Gene in the Chloroplast of Chlamydomonas reinhardtii

Heterogeneous expression of multiple genes in the nucleus of transgenic plants requires theintroduction of an individual gene and the subsequent backcross to reconstitute multi-subunit proteins ormetabolic pathways.In order to accomplish the expression of multiple genes in a single transformationevent,we inserted both large and small subunits of allophycocyanin gene (apcA and apcB) into Chlamydomonasreinhardtii chloroplast expression vector,resulting in papc-S.The constructed vector was then introducedinto the chloroplast of C.reinhardtii by micro-particle bombardment.Polymerase chain reaction and Southernblot analysis revealed that the two genes had integrated into the chloroplast genome.Western blot andenzyme-linked immunosorbent assay showed that the two genes from the prokaryotic cyanobacteria couldbe correctly expressed in the chloroplasts of C.reinhardtii.The expressed foreign protein in transformantsaccounted for about 2%-3% of total soluble proteins.These findings pave the way to the reconstitution ofmulti-subunit proteins or metabolic pathways in transgenic C.reinhardtii chloroplasts in a single transformationevent.