植物葉綠體基因工程發(fā)展探析
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梁智凱1由 分享
摘要從葉綠體的概念、轉(zhuǎn)化優(yōu)點(diǎn)、轉(zhuǎn)化主要過(guò)程及方法等方面概述了葉綠體基因工程的發(fā)展情況,介紹了葉綠體基因工程的應(yīng)用,包括提高植物光合效率、合成有機(jī)物質(zhì)、生產(chǎn)疫苗、增強(qiáng)植物抗性及在系統(tǒng)發(fā)育學(xué)中的應(yīng)用等,并提出葉綠體基因工程存在的問(wèn)題,對(duì)其未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞植物葉綠體;基因工程;發(fā)展;應(yīng)用;存在問(wèn)題;展望
葉綠體作為植物中與光合作用直接相連的重要細(xì)胞器,其基因組的功能也因此扮演著十分重要的角色。1882年Straburger觀察到藻類(lèi)葉綠體能分裂并進(jìn)入子代細(xì)胞;1909年Baur和Correns通過(guò)在3種枝條顏色不同的紫茉莉間雜交得出,質(zhì)體是母本遺傳的。人們便開(kāi)始對(duì)葉綠體遺傳方面產(chǎn)生了濃厚的興趣[1]。1988年Boynton等首次用野生型葉綠體DNA轉(zhuǎn)化了單細(xì)胞生物衣藻突變體(atPB基因突變體),使其完全恢復(fù)光合作用能力,標(biāo)志著葉綠體基因工程的誕生[2]。葉綠體基因工程作為一種很具有發(fā)展前景的植物轉(zhuǎn)基因技術(shù),在植物新陳代謝、抗蟲(chóng)性、抗病性、抗旱性、遺傳育種等方面都將有著越來(lái)越重要的意義。
1葉綠體基因工程概述
1.1葉綠體簡(jiǎn)介
葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的重要器官,是一種半自主型的細(xì)胞器,能夠進(jìn)行自我復(fù)制,含有雙鏈環(huán)狀DNA。葉綠體DNA分子一般長(zhǎng)120~160kb。葉綠體DNA有IRA和IRB 2個(gè)反向重復(fù)序列(分別位于A鏈和B鏈),兩者基因大小完全相同,只是方向相反,它們之間有1個(gè)大的單拷貝區(qū)(大小約80kb)和1個(gè)小的單拷貝區(qū)(大小約20kb)。
1.2葉綠體基因組轉(zhuǎn)化優(yōu)點(diǎn)
葉綠體基因具有分子量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于遺傳的特點(diǎn),故相對(duì)于傳統(tǒng)的細(xì)胞核遺傳更能高效表達(dá)目的基因,這是因?yàn)槿~綠體基因本身?yè)碛芯薮蟮目截悢?shù)[3]。葉綠體基因可實(shí)現(xiàn)外源基因的定點(diǎn)整合,避免位置效應(yīng)和基因沉默;遺傳表達(dá)具有原核性;安全性好,葉綠體屬于母系遺傳,后代材料穩(wěn)定;目的基因產(chǎn)物對(duì)植物的影響小。利用葉綠體基因轉(zhuǎn)化的這些優(yōu)點(diǎn),可以加快育種速度和效率,節(jié)約育種時(shí)間。
1.3葉綠體轉(zhuǎn)化的主要過(guò)程
葉綠體轉(zhuǎn)化過(guò)程通常分4步:一是轉(zhuǎn)化載體攜帶外源目的基因通過(guò)基因槍法或其他轉(zhuǎn)化體系導(dǎo)入葉綠體;二是將外源表達(dá)框架整合到葉綠體的基因組里;三是篩選具有轉(zhuǎn)化的葉綠體細(xì)胞;四是繼代繁殖得到穩(wěn)定的葉綠體轉(zhuǎn)化植物[4]。
1.4葉綠體轉(zhuǎn)化的主要方法
依據(jù)葉綠體轉(zhuǎn)化的主要過(guò)程,生物學(xué)家相應(yīng)地研究若干種葉綠體基因轉(zhuǎn)化的方法,其中常用的葉綠體轉(zhuǎn)化方法:一是微彈轟擊法。將鎢粉包裹構(gòu)建完整的質(zhì)粒載體,用基因槍轟擊植物的各種組織、器官,然后對(duì)重組葉綠體進(jìn)行連續(xù)篩選,不斷提高同質(zhì)化水平,最后獲得所需的轉(zhuǎn)基因植株[5]。二是農(nóng)桿菌T-DNA介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法。將外源目的基因、選擇標(biāo)記基因等構(gòu)建到農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上,然后通過(guò)與植物組織或器官共培養(yǎng),最后把所需外源基因轉(zhuǎn)化到葉綠體并獲得表達(dá)。三是PEG處理法。只需將構(gòu)建好的質(zhì)粒(含外源基因、標(biāo)記基因、同源片斷、啟動(dòng)子、終止子等)在一定的PEG濃度下與植物原生質(zhì)體共培養(yǎng)。
2葉綠體基因工程的應(yīng)用
2.1提高植物光合效率
植物的光合效率非常有限,太陽(yáng)能的很小一部分可以轉(zhuǎn)化為植物所需要的能量,從而轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟?lèi)需要的產(chǎn)品。植物光合效率取決于Rubisco酶的豐富度。Rubisco酶一方面可以制造可溶性蛋白,另一方面也可以限制CO2合成。人們可以通過(guò)2種直接的方法提高光合速率:一是加速酶催化的循環(huán)過(guò)程;二是提高酶的特性,減少光呼吸浪費(fèi)的能量[6]。很多科學(xué)家正試圖通過(guò)提高Rubisco酶來(lái)提高植物的光合效率,而其中擬南芥和水稻的定點(diǎn)整合試驗(yàn)取得了重大突破,證明葉綠體基因工程是生產(chǎn)高光合效率作物植物的最有價(jià)值的方法。
2.2合成有機(jī)物質(zhì)
由于葉綠體型轉(zhuǎn)基因植物具有環(huán)境安全性好、底物豐富、產(chǎn)物區(qū)域化等優(yōu)點(diǎn),已被越來(lái)越多的人關(guān)注,并成為工業(yè)化生產(chǎn)特定有機(jī)物質(zhì)的可靠場(chǎng)所。例如,有科學(xué)家已發(fā)明了用葉綠體基因工程表達(dá)聚3-羥基丁酸酯合成相關(guān)基因的方法。聚3-羥基丁酸酯及其他類(lèi)型的聚3-羥基鏈烷酸酯同屬于聚酯類(lèi)物質(zhì),是自然界中多種細(xì)菌的碳源及能源儲(chǔ)備物。具有生物可降解性,如取代化學(xué)合成塑料將能從源頭解決塑料廢棄物引起的“白色污染”。其通過(guò)構(gòu)建了含phbB、phM、phbC和aadA基因表達(dá)盒的葉綠體整合及表達(dá)載體,通過(guò)基因槍轟擊法轉(zhuǎn)化煙草。Northem點(diǎn)雜交、RT-PCR分析結(jié)果表明,葉綠體型轉(zhuǎn)基因植株中目的基因在轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)明顯高于核轉(zhuǎn)化植株中相應(yīng)基因。
2.3生產(chǎn)疫苗
人類(lèi)治療用蛋白質(zhì)可以在葉綠體中實(shí)現(xiàn)表達(dá),表達(dá)效率取決于外源基因的整合位點(diǎn),增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄和翻譯的調(diào)控元件以及外源蛋白的穩(wěn)定性等。人類(lèi)已經(jīng)在用葉綠體基因生產(chǎn)疫苗方面開(kāi)展了卓有成效的工作。例如,范國(guó)昌等將甲型肝炎病毒VP3P1區(qū)和丙型肝炎病毒C區(qū)融合,并導(dǎo)入到衣藻葉綠體基因組中,融合蛋白得到高效表達(dá),且具有雙抗原活性。而霍亂病毒蛋白B(CTB)抗原CTB已經(jīng)在葉綠體中轉(zhuǎn)化成功,預(yù)示著轉(zhuǎn)基因植物疫苗的可商業(yè)化前景。Tregoning等將TetC基因在煙草葉綠體基因組進(jìn)行表達(dá),為了增加mRNA的穩(wěn)定性及在煙草葉片內(nèi)表達(dá)的可行性,他們將基因進(jìn)行了密碼子優(yōu)化,分別表達(dá)了未經(jīng)改造的富含AT(72.3%AT)和人工合成的富含GC(52.5%AT)的基因,TetC-AT和TetC-GC的表達(dá)量分別為總可溶蛋白的25%和10%。
2.4在植物抗性方面的研究
在抗蟲(chóng)性方面,Kota和Cosa分別于1999年、2001年將BTCryZAaZ基因轉(zhuǎn)入煙草葉綠體,前者可100%殺死4 000多倍抗性的抗性蟲(chóng),后者報(bào)道BT表達(dá)量達(dá)46.1%。在抗逆性方面,人們通過(guò)編碼SOD、APx等酶的基因已經(jīng)轉(zhuǎn)入到煙草、苜蓿、馬鈴薯、棉花的葉綠體中,提高了植物的耐氧化能力,從而提高了植物對(duì)環(huán)境脅迫的耐受能力。
2.5葉綠體基因組在系統(tǒng)發(fā)育學(xué)上的應(yīng)用
葉綠體在系統(tǒng)發(fā)育學(xué)上的優(yōu)點(diǎn):一是葉綠體基因組是僅次于核基因組的第二大基因組,為比較研究提供了一個(gè)較大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ);二是葉綠體DNA的核酸置換率適中,在應(yīng)用上很有價(jià)值。然而,用葉綠體DNA研究系統(tǒng)發(fā)育也存在著明顯的不足:一是葉綠體基因組是母性遺傳的,因此并不能單靠葉綠體基因組來(lái)解釋居群間的雜交現(xiàn)象;二是雖然有越來(lái)越多的葉綠體DNA被用作分子標(biāo)記來(lái)研究類(lèi)群間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,但只有將這些分子片段提供的信息與其他的分子片段信息、傳統(tǒng)的形態(tài)及生理特征結(jié)合起來(lái)獲得更多的信息,才能更接近系統(tǒng)發(fā)育的本來(lái)面目。
2.6葉綠體基因在消除環(huán)境憂(yōu)慮問(wèn)題上的前景
當(dāng)今最為普遍的問(wèn)題就是外源基因從轉(zhuǎn)基因作物到雜草的逃逸,這一逃逸主要是通過(guò)花粉的擴(kuò)散,產(chǎn)生超級(jí)雜草或產(chǎn)生和其他作物之間的基因污染,對(duì)環(huán)境極為不利。葉綠體基因工程產(chǎn)生的基因逃逸現(xiàn)象的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于核轉(zhuǎn)化作物,因?yàn)榇蠖鄶?shù)作物中的質(zhì)體DNA都是母系遺傳,這樣就可以避免作物和作物、作物和雜草之間的雜交,消除人們對(duì)基因污染的憂(yōu)慮。
3葉綠體基因工程存在的問(wèn)題
3.1葉綠體基因轉(zhuǎn)化在雜合體上的穩(wěn)定性問(wèn)題
由于高等植物的每個(gè)細(xì)胞中有10~100個(gè)葉綠體,每個(gè)葉綠體內(nèi)有10~100個(gè)葉綠體基因組拷貝,因此轉(zhuǎn)化的葉綠體和未轉(zhuǎn)化的野生型葉綠體同時(shí)存在于轉(zhuǎn)基因植株中,造成這種雜合體在遺傳上是不穩(wěn)定的。在轉(zhuǎn)化外源基因之前,目前可采用降低葉綠體拷貝數(shù)、高壓篩選和選用致死突變體作為外源基因的受體等方法使轉(zhuǎn)基因植株易于同質(zhì)化。
3.2植物的種類(lèi)有待擴(kuò)展
可能是由于大多數(shù)植物的葉綠體基因組序列不清楚,因此無(wú)法確定用于載體構(gòu)建的同源重組片段和外源基因的插入位點(diǎn)。目前,已成功轉(zhuǎn)化的植物種類(lèi)很少,只有番茄和煙草通過(guò)有性生殖使外源基因獲得穩(wěn)定遺傳,而番茄卻是唯一能有高的外源蛋白積累的可食用果實(shí)的植物。
4展望
雖然在葉綠體基因工程領(lǐng)域人們已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,但對(duì)于改變?nèi)~綠體基因工程中所存在的缺點(diǎn),科學(xué)界仍然要有大量的工作需要進(jìn)行。為此,尋找更多更加合適的方法來(lái)改進(jìn)葉綠體基因工程,使其優(yōu)點(diǎn)更加明顯,必將在未來(lái)生物技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)又一場(chǎng)革命,為人類(lèi)造福。
5參考文獻(xiàn)
[1] 劉良式.植物分子遺傳學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,1997.
[2] BOYNTON J E,GILLHAM N W,HARRIS E H,et al.Chloroplast transfo-rmation in Chlamydo monas with high veloeity mieroprojeetiles[J].Science,1988,240(4858):1534-1538.
[3] 李宏韜,趙淑青,趙彥修,等.葉綠體基因工程簡(jiǎn)介[J].遺傳,2003,25(4):495-498.
[4] SVAB Z,HAJDUKIEWICZ P,MALIGA P.Stable transformation of plastids in higher plants[J].Proc NatlAcad Sci USA,1990(87):8526-8530.
[5] 沈桂芳,倪丕沖.植物葉綠體基因工程[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化,1999(1):26-28.
[6] BOCK R,SARWAR K M.Taming plastids for a green future[J].Trends in Biotech,2004,22(6):311-318.
關(guān)鍵詞植物葉綠體;基因工程;發(fā)展;應(yīng)用;存在問(wèn)題;展望
葉綠體作為植物中與光合作用直接相連的重要細(xì)胞器,其基因組的功能也因此扮演著十分重要的角色。1882年Straburger觀察到藻類(lèi)葉綠體能分裂并進(jìn)入子代細(xì)胞;1909年Baur和Correns通過(guò)在3種枝條顏色不同的紫茉莉間雜交得出,質(zhì)體是母本遺傳的。人們便開(kāi)始對(duì)葉綠體遺傳方面產(chǎn)生了濃厚的興趣[1]。1988年Boynton等首次用野生型葉綠體DNA轉(zhuǎn)化了單細(xì)胞生物衣藻突變體(atPB基因突變體),使其完全恢復(fù)光合作用能力,標(biāo)志著葉綠體基因工程的誕生[2]。葉綠體基因工程作為一種很具有發(fā)展前景的植物轉(zhuǎn)基因技術(shù),在植物新陳代謝、抗蟲(chóng)性、抗病性、抗旱性、遺傳育種等方面都將有著越來(lái)越重要的意義。
1葉綠體基因工程概述
1.1葉綠體簡(jiǎn)介
葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的重要器官,是一種半自主型的細(xì)胞器,能夠進(jìn)行自我復(fù)制,含有雙鏈環(huán)狀DNA。葉綠體DNA分子一般長(zhǎng)120~160kb。葉綠體DNA有IRA和IRB 2個(gè)反向重復(fù)序列(分別位于A鏈和B鏈),兩者基因大小完全相同,只是方向相反,它們之間有1個(gè)大的單拷貝區(qū)(大小約80kb)和1個(gè)小的單拷貝區(qū)(大小約20kb)。
1.2葉綠體基因組轉(zhuǎn)化優(yōu)點(diǎn)
葉綠體基因具有分子量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于遺傳的特點(diǎn),故相對(duì)于傳統(tǒng)的細(xì)胞核遺傳更能高效表達(dá)目的基因,這是因?yàn)槿~綠體基因本身?yè)碛芯薮蟮目截悢?shù)[3]。葉綠體基因可實(shí)現(xiàn)外源基因的定點(diǎn)整合,避免位置效應(yīng)和基因沉默;遺傳表達(dá)具有原核性;安全性好,葉綠體屬于母系遺傳,后代材料穩(wěn)定;目的基因產(chǎn)物對(duì)植物的影響小。利用葉綠體基因轉(zhuǎn)化的這些優(yōu)點(diǎn),可以加快育種速度和效率,節(jié)約育種時(shí)間。
1.3葉綠體轉(zhuǎn)化的主要過(guò)程
葉綠體轉(zhuǎn)化過(guò)程通常分4步:一是轉(zhuǎn)化載體攜帶外源目的基因通過(guò)基因槍法或其他轉(zhuǎn)化體系導(dǎo)入葉綠體;二是將外源表達(dá)框架整合到葉綠體的基因組里;三是篩選具有轉(zhuǎn)化的葉綠體細(xì)胞;四是繼代繁殖得到穩(wěn)定的葉綠體轉(zhuǎn)化植物[4]。
1.4葉綠體轉(zhuǎn)化的主要方法
依據(jù)葉綠體轉(zhuǎn)化的主要過(guò)程,生物學(xué)家相應(yīng)地研究若干種葉綠體基因轉(zhuǎn)化的方法,其中常用的葉綠體轉(zhuǎn)化方法:一是微彈轟擊法。將鎢粉包裹構(gòu)建完整的質(zhì)粒載體,用基因槍轟擊植物的各種組織、器官,然后對(duì)重組葉綠體進(jìn)行連續(xù)篩選,不斷提高同質(zhì)化水平,最后獲得所需的轉(zhuǎn)基因植株[5]。二是農(nóng)桿菌T-DNA介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法。將外源目的基因、選擇標(biāo)記基因等構(gòu)建到農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上,然后通過(guò)與植物組織或器官共培養(yǎng),最后把所需外源基因轉(zhuǎn)化到葉綠體并獲得表達(dá)。三是PEG處理法。只需將構(gòu)建好的質(zhì)粒(含外源基因、標(biāo)記基因、同源片斷、啟動(dòng)子、終止子等)在一定的PEG濃度下與植物原生質(zhì)體共培養(yǎng)。
2葉綠體基因工程的應(yīng)用
2.1提高植物光合效率
植物的光合效率非常有限,太陽(yáng)能的很小一部分可以轉(zhuǎn)化為植物所需要的能量,從而轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟?lèi)需要的產(chǎn)品。植物光合效率取決于Rubisco酶的豐富度。Rubisco酶一方面可以制造可溶性蛋白,另一方面也可以限制CO2合成。人們可以通過(guò)2種直接的方法提高光合速率:一是加速酶催化的循環(huán)過(guò)程;二是提高酶的特性,減少光呼吸浪費(fèi)的能量[6]。很多科學(xué)家正試圖通過(guò)提高Rubisco酶來(lái)提高植物的光合效率,而其中擬南芥和水稻的定點(diǎn)整合試驗(yàn)取得了重大突破,證明葉綠體基因工程是生產(chǎn)高光合效率作物植物的最有價(jià)值的方法。
2.2合成有機(jī)物質(zhì)
由于葉綠體型轉(zhuǎn)基因植物具有環(huán)境安全性好、底物豐富、產(chǎn)物區(qū)域化等優(yōu)點(diǎn),已被越來(lái)越多的人關(guān)注,并成為工業(yè)化生產(chǎn)特定有機(jī)物質(zhì)的可靠場(chǎng)所。例如,有科學(xué)家已發(fā)明了用葉綠體基因工程表達(dá)聚3-羥基丁酸酯合成相關(guān)基因的方法。聚3-羥基丁酸酯及其他類(lèi)型的聚3-羥基鏈烷酸酯同屬于聚酯類(lèi)物質(zhì),是自然界中多種細(xì)菌的碳源及能源儲(chǔ)備物。具有生物可降解性,如取代化學(xué)合成塑料將能從源頭解決塑料廢棄物引起的“白色污染”。其通過(guò)構(gòu)建了含phbB、phM、phbC和aadA基因表達(dá)盒的葉綠體整合及表達(dá)載體,通過(guò)基因槍轟擊法轉(zhuǎn)化煙草。Northem點(diǎn)雜交、RT-PCR分析結(jié)果表明,葉綠體型轉(zhuǎn)基因植株中目的基因在轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)明顯高于核轉(zhuǎn)化植株中相應(yīng)基因。
2.3生產(chǎn)疫苗
人類(lèi)治療用蛋白質(zhì)可以在葉綠體中實(shí)現(xiàn)表達(dá),表達(dá)效率取決于外源基因的整合位點(diǎn),增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄和翻譯的調(diào)控元件以及外源蛋白的穩(wěn)定性等。人類(lèi)已經(jīng)在用葉綠體基因生產(chǎn)疫苗方面開(kāi)展了卓有成效的工作。例如,范國(guó)昌等將甲型肝炎病毒VP3P1區(qū)和丙型肝炎病毒C區(qū)融合,并導(dǎo)入到衣藻葉綠體基因組中,融合蛋白得到高效表達(dá),且具有雙抗原活性。而霍亂病毒蛋白B(CTB)抗原CTB已經(jīng)在葉綠體中轉(zhuǎn)化成功,預(yù)示著轉(zhuǎn)基因植物疫苗的可商業(yè)化前景。Tregoning等將TetC基因在煙草葉綠體基因組進(jìn)行表達(dá),為了增加mRNA的穩(wěn)定性及在煙草葉片內(nèi)表達(dá)的可行性,他們將基因進(jìn)行了密碼子優(yōu)化,分別表達(dá)了未經(jīng)改造的富含AT(72.3%AT)和人工合成的富含GC(52.5%AT)的基因,TetC-AT和TetC-GC的表達(dá)量分別為總可溶蛋白的25%和10%。
2.4在植物抗性方面的研究
在抗蟲(chóng)性方面,Kota和Cosa分別于1999年、2001年將BTCryZAaZ基因轉(zhuǎn)入煙草葉綠體,前者可100%殺死4 000多倍抗性的抗性蟲(chóng),后者報(bào)道BT表達(dá)量達(dá)46.1%。在抗逆性方面,人們通過(guò)編碼SOD、APx等酶的基因已經(jīng)轉(zhuǎn)入到煙草、苜蓿、馬鈴薯、棉花的葉綠體中,提高了植物的耐氧化能力,從而提高了植物對(duì)環(huán)境脅迫的耐受能力。
2.5葉綠體基因組在系統(tǒng)發(fā)育學(xué)上的應(yīng)用
葉綠體在系統(tǒng)發(fā)育學(xué)上的優(yōu)點(diǎn):一是葉綠體基因組是僅次于核基因組的第二大基因組,為比較研究提供了一個(gè)較大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ);二是葉綠體DNA的核酸置換率適中,在應(yīng)用上很有價(jià)值。然而,用葉綠體DNA研究系統(tǒng)發(fā)育也存在著明顯的不足:一是葉綠體基因組是母性遺傳的,因此并不能單靠葉綠體基因組來(lái)解釋居群間的雜交現(xiàn)象;二是雖然有越來(lái)越多的葉綠體DNA被用作分子標(biāo)記來(lái)研究類(lèi)群間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,但只有將這些分子片段提供的信息與其他的分子片段信息、傳統(tǒng)的形態(tài)及生理特征結(jié)合起來(lái)獲得更多的信息,才能更接近系統(tǒng)發(fā)育的本來(lái)面目。
2.6葉綠體基因在消除環(huán)境憂(yōu)慮問(wèn)題上的前景
當(dāng)今最為普遍的問(wèn)題就是外源基因從轉(zhuǎn)基因作物到雜草的逃逸,這一逃逸主要是通過(guò)花粉的擴(kuò)散,產(chǎn)生超級(jí)雜草或產(chǎn)生和其他作物之間的基因污染,對(duì)環(huán)境極為不利。葉綠體基因工程產(chǎn)生的基因逃逸現(xiàn)象的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于核轉(zhuǎn)化作物,因?yàn)榇蠖鄶?shù)作物中的質(zhì)體DNA都是母系遺傳,這樣就可以避免作物和作物、作物和雜草之間的雜交,消除人們對(duì)基因污染的憂(yōu)慮。
3葉綠體基因工程存在的問(wèn)題
3.1葉綠體基因轉(zhuǎn)化在雜合體上的穩(wěn)定性問(wèn)題
由于高等植物的每個(gè)細(xì)胞中有10~100個(gè)葉綠體,每個(gè)葉綠體內(nèi)有10~100個(gè)葉綠體基因組拷貝,因此轉(zhuǎn)化的葉綠體和未轉(zhuǎn)化的野生型葉綠體同時(shí)存在于轉(zhuǎn)基因植株中,造成這種雜合體在遺傳上是不穩(wěn)定的。在轉(zhuǎn)化外源基因之前,目前可采用降低葉綠體拷貝數(shù)、高壓篩選和選用致死突變體作為外源基因的受體等方法使轉(zhuǎn)基因植株易于同質(zhì)化。
3.2植物的種類(lèi)有待擴(kuò)展
可能是由于大多數(shù)植物的葉綠體基因組序列不清楚,因此無(wú)法確定用于載體構(gòu)建的同源重組片段和外源基因的插入位點(diǎn)。目前,已成功轉(zhuǎn)化的植物種類(lèi)很少,只有番茄和煙草通過(guò)有性生殖使外源基因獲得穩(wěn)定遺傳,而番茄卻是唯一能有高的外源蛋白積累的可食用果實(shí)的植物。
4展望
雖然在葉綠體基因工程領(lǐng)域人們已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,但對(duì)于改變?nèi)~綠體基因工程中所存在的缺點(diǎn),科學(xué)界仍然要有大量的工作需要進(jìn)行。為此,尋找更多更加合適的方法來(lái)改進(jìn)葉綠體基因工程,使其優(yōu)點(diǎn)更加明顯,必將在未來(lái)生物技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)又一場(chǎng)革命,為人類(lèi)造福。
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