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。     

外源基因在莱茵衣藻叶绿体中的表达

把莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)叶绿体作为生物反应器来表达外源基因具有广阔的应用前景。人们利用莱茵衣藻叶绿体表达体系已成功表达多种重组蛋白,其中包括人类药用蛋白。综述了莱茵衣藻叶绿体转化的方法、影响外源基因表达的主要因素以及外源基因在莱茵衣藻叶绿体表达研究进展。     

油菜叶绿体多顺反子定点整合表达载体的构建

根据拟南芥叶绿体基因组序列设计PCR引物,从我国甘蓝型油菜栽培品种F4叶绿体基因组中克隆了长度为1.5kb的trnI和trnA2个基因序列,核酸序列分析表明它们与拟南芥基因的同源性高达94%和99%,这两个克隆的油菜叶绿体基因组序列trnI和trnA被用于构建叶绿体定点整合表达载体。利用烟草叶绿体基因强启动子Prrn和终止子TpsbA,以及筛选标记基因aadA和目的基因HSA,构建了多顺反子表达盒Prrn-aadA-HSA-TpsbA,将表达盒置于油菜叶绿体trnI和trnA序列之间,最后构建成油菜叶绿体多顺反子定点整合表达载体pIPaHTA。酶切鉴定及序列分析证实,构建的表达载体具有预期的调控元件及结构,这为后期油菜叶绿体转化体系的建立奠定了基础。     

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。     

高等植物叶绿体基因组的转化

介绍了高等植物叶绿体基因组转化技术的原理和优点,外源基因导入叶绿体基因组的方法,外源基因与叶绿体基因组的整合及其表达,常用的叶绿体基因组转化的筛选标记基因及其去除的研究进展.     

衣藻叶绿体表达系统的研究

真核藻类作为一种新型的蛋白表达系统,因其培养方法简单,成本低廉并且能大规模繁殖,最近几年成为人们关注的焦点.作为一种模式生物,单细胞的真核生物莱茵衣藻已经成为人们研究的重点.外源蛋白不仅能在衣藻核中进行表达而且也能在叶绿体中表达,但衣藻叶绿体的表达系统较之核表达有巨大的优越性.在到目前为止,已经有许多的药用蛋白在莱茵衣藻的叶绿体中成功表达的报道,证明了莱茵衣藻叶绿体作为生物反应器的能力.将对衣藻叶绿体的表达做详细的描述.     

甘薯叶绿体表达载体构建及其融合基因在叶绿体中的瞬间表达

利用叶绿体基因组进化中高度保守的特点,根据烟草叶绿体基因组全序列设计引物,从甘薯(Ipomoea batatas)叶绿体基因组中克隆了2个相邻的功能基因rbcL(GenBank登录号为AY942199)和accD(GenBank登录号为AY942200),并以此作为定点整合外源基因的同源重组片段.以来自叶绿体基因组的强启动子Prrn和RpsbA-pro分别驱动选择标记基因aadA及phaC-gfp融合基因,构建成表达盒prrn-aadA-TpsbA-ter与RpsbA-pro-phaC-gfp-RpsbA-ter,然后将这2个表达盒串联在一起克隆进甘薯叶绿体同源片段中,获得甘薯叶绿体定点整合表达载体pSC-GFP.酶切分析证明,所构建的载体符合预期设计;采用该载体对甘薯叶片进行基因枪转化,结果显示,phaC-gfp融合基因可在叶绿体特异启动子和终止子的调控下在甘薯幼嫩叶片中瞬间表达,证明构建的载体pSC-GFP可用于甘薯叶绿体转化.     

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。     

叶绿体基因编码蛋白质在水稻叶片生长过程中的表达研究

叶绿体是绿色植物把光能转化为化学能的重要细胞器.目前,多种植物的叶绿体基因组序列已经获得,对叶绿体内发生的各种生物学过程人们也已经有相当深入的了解,但对叶绿体基因编码蛋白质的表达还所知甚少.用蛋白质印迹实验系统地检测了15个叶绿体基因编码蛋白质在水稻叶片不同生长时期的表达.其中7个与光合作用相关蛋白质的表达具有相似的模式,其表达量随叶片生长而增加,一般在孕穗期、开花期达到最高峰,在成熟期叶片下降,这种模式与水稻生长对光合作用的需求有明显相关性.4个与DNA复制相关的RNA聚合酶在苗期叶片中表达量达到最高,说明这些聚合酶在较早时期发挥作用.4个NADH脱氢酶蛋白质的表达呈2种不同的模式,其中亚基2和4在种子萌发后的早期叶片中就达到最高峰,亚基5和7的最高峰出现在中后期,反映了它们之间功能上的不同.实验结果直观且相对定量地揭示了叶绿体编码蛋白质的表达与叶片生长之间的关联关系,为深入了解其功能提供了重要的线索.     

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。     

叶绿体系统发育基因组学的研究进展

系统发育基因组学是由系统发育研究和基因组学相结合产生的一门崭新的交叉学科。近年来,在植物系统发育研究中,基于叶绿体基因组的系统发育基因组学研究优势渐显端倪,为一些分类困难类群的系统学问题提出了解决方案,但同时也存在某些问题。本文结合近年来叶绿体系统发育基因组学研究中的一些典型实例,讨论了叶绿体系统发育基因组学在植物系统关系重建中的价值和应用前景,并针对其存在问题进行了探讨,其中也涉及了新一代测序技术对叶绿体系统发育基因组学的影响。     

达坂山蚤缀和裸茎金腰叶绿体超微结构的研究

对高山植物达坂山蚤缀和裸茎金腰叶绿体超微结构的研究表明,叶绿体和线粒体镶嵌很紧密;基粒和基质类囊体膨大,膨大的类囊体呈梭形或圆形,没有发现脂质小球的存在;基粒叠垛程度很低,平均每个基粒类囊体的片层数为5．4。这2种高山植物叶绿体超微结构上的特征是青藏高原特殊的生态条件,包括低温、低气压、强辐射影响的结果。     

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。     

RIBOSOMES BOUND TO CHLOROPLAST MEMBRANES IN CHLAMYDOMONAS REINHARDTII

The amount of chloroplast ribosomal RNAs of Chlamydomonas reinhardtii which sediment at 15,000 g is increased when cells are treated with chloramphenicol. Preparations of chloroplast membranes from chloramphenicol-treated cells contain more chloroplast ribosomal RNAs than preparations from untreated cells. The membranes from treated cells also contain more ribosome-like particles, some of which appear in polysome-like arrangements. About 50% of chloroplast ribosomes are released from membranes in vitro as subunits by 1 mM puromycin in 500 mM KCl. A portion of chloroplast ribosomal subunits is released by 500 mM KCl alone, a portion by 1 mM puromycin alone, and a portion by 1 mM puromycin in 500 mM KCl. Ribosomes are not released from isolated membranes by treatment with ribonuclease. Membranes in chloroplasts of chloramphenicol-treated cells show many ribosomes associated with membranes, some of which are present in polysome-like arrangements. This type of organization is less frequent in chloroplasts of untreated cells. Streptogramin, an inhibitor of initiation, prevents chloramphenicol from acting to permit isolation of membrane-bound ribosomes. Membrane-bound chloroplast ribosomes are probably a normal component of actively growing cells. The ability to isolate membrane-bound ribosomes from chloramphenicol-treated cells is probably due to chloramphenicol-prevented completion of nascent chains during harvesting of cells. Since chloroplasts synthesize some of their membrane proteins, and a portion of chloroplast ribosomes is bound to chloroplast membranes through nascent protein chains, it is suggested that the membrane-bound ribosomes are synthesizing membrane protein.     

盐胁迫下芦苇叶肉细胞超微结构的研究

对青藏高原柴达木盆地柯柯盐湖边盐碱地上生长的芦苇叶肉细胞的超微结构进行了研究,并以西宁地区非盐碱地上生长的芦苇作对照。结果表明：西宁地区的芦苇叶肉细胞的叶绿体呈椭圆形,其膜系统完整,基粒片层和基质片层发育良好。在盐碱地上生长的芦苇叶肉细胞的叶绿体呈圆形,叶绿体内出现较大的淀粉粒,并发现有线粒体嵌入叶绿体的现象。叶绿体的类囊体膨大,线粒体的嵴也有膨大的现象。在盐湖水中生长的芦苇叶肉细胞,叶绿体的类囊体排列紊乱、扭曲、松散。类囊体膜局部被破坏,部分类囊体膜解体,空泡化,甚至消失,一些溶解了的类囊体流进细胞质中。综上所述,芦苇叶肉细胞超微结构的变化是该植物适应柯柯盐湖地区盐渍、低温、低气压、强辐射等环境因子的结果。     

Contractile elements of Lemna trisulca L. glycerinated cell models during chloroplast translocations.

Electron microscopy of Lemna glycerinated cell models depicts contractile elements during chloroplast translocations. One contractile element, the thin ectoplasmic layer, is < or = 0.4 microm thick, pressed against plasma membrane-cell wall. Thin ectoplasmic layer contains numerous oriented filaments and some appear to be actin and myosin. Another contractile element is the outer chloroplast membrane which envelops each chloroplast and joins or fuses with the thin ectoplasmic layer. Chloroplast interconnections are formed between two or more chloroplasts by outer chloroplast membranes; they enhance chloroplast communications, translocations, and molecular exchanges.     

Chloroplast genes transferred to the nuclear plant genome have adjusted to nuclear base composition and codon usage.

During plant evolution, some plastid genes have been moved to the nuclear genome. These transferred genes are now correctly expressed in the nucleus, their products being transported into the chloroplast. We compared the base compositions, the distributions of some dinucleotides and codon usages of transferred, nuclear and chloroplast genes in two dicots and two monocots plant species. Our results indicate that transferred genes have adjusted to nuclear base composition and codon usage, being now more similar to the nuclear genes than to the chloroplast ones in every species analyzed.     

A chloroplast gene is required for the light-independent accumulation of chlorophyll in Chlamydomonas reinhardtii.

The light-independent pathway of chlorophyll synthesis which occurs in some lower plants and algae is still largely unknown. We have characterized a chloroplast mutant, H13, of Chlamydomonas reinhardtii which is unable to synthesize chlorophyll in the dark and is also photosystem I deficient. The mutant has a 2.8 kb deletion as well as other rearrangements of its chloroplast genome. By performing particle gun mediated chloroplast transformation of H13 with defined wild-type chloroplast DNA fragments, we have identified a new chloroplast gene, chlN, coding for a 545 amino acid protein which is involved in the light-independent accumulation of chlorophyll, probably at the step of reduction of protochlorophyllide to chlorophyllide. The chlN gene is also found in the chloroplast genomes of liverwort and pine, but is absent from the chloroplast genomes of tobacco and rice.     

The 2005 version of the chloroplast DNA sequence from tobacco (Nicotiana tabacum)

The complete nucleotide sequence of tobacco chloroplast DNA was first determined in 1986, and then its updated gene map was reported in 1998. During the course of sequencing the chloroplast DNA ofNicotiana sylvestris, the female progenitor of tobacco, we found some sequence errors and amended the 1998 version. The tobacco chloroplast DNA comprises 155,943 bp, 4 bp longer than the 1998 version.