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。     

基因工程技术在基础与临床医学上的应用

前言 基因工程的核心技术是分子克隆,它是70年代后期发展起来的新技术。通过分子克隆技术,可以把任何一种外源基因经过剪切,与适当的运载体(质粒或噬菌体)重组,再转化到细菌中,即可使这一外源基因得以纯化与扩增。     

高等植物叶绿体和线粒体免疫亲近性的研究

以火箭免疫电泳分析表明:大豆叶绿体抗体与大豆线粒体有免疫交叉反应,同时大豆线粒体抗体与大豆叶绿体也有免疫交叉反应,但是大豆线粒体的抗体与鼠肝线粒体之间无免疫交叉反应。这说明高等植物线粒体对叶绿体比之对动物线粒体在免疫特性上有更大的亲近性,亦即高等植物线粒体和高等植物的叶绿体有更大的同源性。经火箭免疫电泳、交叉免疫电泳和线状免疫电泳进一步分析表明:菠菜偶联因子抗体(AbCF_1)和大豆线粒体、大豆叶绿体间,大豆线粒体抗体与CF_1和大豆叶绿体之间,以及大豆叶绿体的抗体(AbC)与CF_1和大豆线粒体间有免疫交叉反应,说明两种换能器之间有免疫亲近性,并分别与CF_1存在免疫亲近性。这揭示两种换能器免疫亲近性的表现是由于存在共同物质基础所致,这内在共同物质基础是偶联因子。这个结果有力地支持高等植物叶绿体和线粒体在结构和功能上以及发生上存在同源性的观点,在理论上也为两种换能器的起源和演化上存在同源性提供了一些依据。     

植物遗传工程 五.高等植物遗传工程的载体

这一讲是关于高等植物遗传工程的载体,这是目前最为活跃的研究领域。推测和设想还远远多余实际所得到的结果。载体对于把我们所需要的一段DNA引入到植物细胞以及高等植物中去是必不可少的。作为遗传工程的载体,它必须能使我们把所需要的DNA组入;必须能进入植物细胞,能在植物细胞中复制,并能通过有丝分裂和减数分裂而不丢失;还必须能使组入的基因得意表达,能够转录,翻译和调控。现在,在高等植物体系中已经有了一些有可能城为遗传工程载体的材料。     

烟草雄性不育系叶绿体中DNA小质环分子的发现

R.J.Kemble等(1980)报道:在玉米雄性不育系的线粒体中,发现有分子量很小的一种线粒体DNA小质环分子,并认为这种小质环与雄性不育具有某种相关性。Green(1976)在伞藻的叶绿体DNA中,也曾观察到有4.15μm大小的DNA小质环分子,但在高等植物的叶绿体中,则尚未见到有类似的报道。     

烟草雄性不育系叶绿体中DNA小质环分子的发现

R.J.Kemble等(1980)报道:在玉米雄性不育系的线粒体中,发现有分子量很小的一种线粒体DNA小质环分子,并认为这种小质环与雄性不育具有某种相关性。Green(1976)在伞藻的叶绿体DNA中,也曾观察到有4.15μm大小的DNA小质环分子,但在高等植物的叶绿体中,则尚未见到有类似的报道。     

能促进叶绿体遗传工程发展的模式系统

植物生物工程学家迫切希望对控制光合作用的基因和植物叶绿体中的其它基因进行操作。但目前在不将叶绿体致死的情况下,调整光合作用是困难的,并且将DNA嵌入高等植物的叶绿体中,也同样困难。然而这些问题很快将会得到解决。Lee MacIntosh和他的同事在美国密执安州大学(东兰辛)根据蓝绿藻的一个株系,研制出了一种模式系统。该系统能     

通路克隆入门载体pEN-L4~*-PrbcS-~*T-gfp-L3~*的构建及其应用

为了利用通路克隆(Gateway)技术构建一个含有两个目的基因表达盒的植物表达载体,并把目的基因编码的蛋白质定位到转基因植物的叶绿体中,通过定点突变技术,在含有attL4和attL3重组位点的Gateway入门载体pEN-L4-2-L3中产生HindⅢ和XhoⅠ的酶切位点,然后在这两个酶切位点之间插入一个含有1,5-二磷酸核酮糖羧化酶小亚基的光诱导型启动子(PrbcS)及其叶绿体基质定位序列(*T)和绿色荧光蛋白(GFP)报告基因(gfp)的DNA片段,获得pEN-L4*-PrbcS-*T-gfp-L3*入门载体.用该载体和另一个含有attL1和attL2重组位点的入门载体(pENTR*-PrbcS-*T-gus)与Gateway的目的载体pK7 m34GW2-8 m21GW3进行LR重组反应可以构建一个能串联gfp和gus两个报告基因表达盒的植物表达载体pKm-35S-PrbcS-*T-gfp-PROLD-PrbcS-*T-gus,所构建的植物表达载体转化烟草后,gfp和gus基因能插入到转基因烟草的基因组中并正常表达,所表达的GFP蛋白可正确定位到转基因植物的叶绿体中,而GUS蛋白也可以在叶片中表达.利用此表达载体通过一次转化事件不仅可以完成两个目的基因的转化操作,而且还可以利用叶绿体基质定位序列(*T)把PrbcS控制表达的目的蛋白直接定位到转基因植物的叶绿体中.因此pEN-L4*-PrbcS-*T-gfp-L3*入门载体的应用进一步扩大了Gateway技术及植物表达载体的应用范围,为叶绿体基因工程操作提供了一个更方便的技术平台.     

高等植物叶绿体RNA编辑研究进展

RNA编辑普遍存在于陆生植物中,在高等植物叶绿体中以C→U的替换为主,可能是叶绿体产生功能蛋白的重要方式。近年来,使用体外分析、叶绿体转化和紫外交联等技术,使叶绿体RNA编辑机制的研究取得较大进展。本文对这些新的进展进行了概述,并对高等植物叶绿体RNA编辑研究中有待解决的问题进行了展望。     

观察叶绿体分裂的材料和方法

高等植物的叶绿体通常以分裂方式进行增殖。但是,要观察叶绿体的分裂相并非十分容易,一要寻求良好的材料;二要采取适当的处理方法。随意采一种高等植物的叶片,往往观察不到叶绿体的分裂相。所以,通常是用人工培养法来获得叶绿体的分裂相。人工培养的方法,一为从细胞中分离出叶绿体放入人工培养基中进行培养;一为取叶片之一部分放入人工培养基上培养。由于以上培养法为一般生物学工作者较难办到,     

叶绿体的形态、结构和发育

为了证实高等植物的光合过程是不是在叶绿体里进行的,人们把叶绿体从绿色细胞中分离出来,然后把这些离体的叶绿体放在必需的制剂里,在光照下,看到这些离体的叶绿体确是可以同化二氧化碳为碳水化合物,而且它的光合能力也接近于完整叶片的。这就证实叶绿体是高等植物光合作用的完整单位,也就是说,光合作用的整个过程是在叶绿体内进行的。如果把叶子比喻做合成有机物的绿色工厂,那么,叶绿体就是绿色工厂里的重要车间了。     

叶绿体分子生物学研究进展

叶绿体是绿色植物进行光合作用的重要细胞器。早在1909年,就有人根据高等植物叶片的花斑性状的非孟德尔遗传现象,推测叶绿体内存在着遗传物质。1954年以后,Sager等人以藻类为材料,初步揭示了叶绿体母系遗传的规律。然而,直到1962年,人们才利用电镜技术首次证实了叶绿体DNA(cp DNA)分子的存在。十年后,才分离到cp DNA分子。     

高等植物叶绿体的遗传转化

利用不同方法在两个大不相同的实验室里首次获得了高等植物细胞器的遗传转化.MaxPlanck细胞生物学研究所和Heidelberg大学的G.Weber及同事利用一紫外线激光微束把外源DNA组合到油菜叶绿体中.他们将携带敌菌灵抗性基因并用荧光染料标记的DNA注入油菜细胞的胞质中.然后用3毫微秒氮激光微束(接入一倒置显微镜的光径里)脉冲击穿细胞内的叶绿体.通过处理叶绿体的荧光性以及敌菌灵抗性在油菜细胞中的瞬时表达证实了DNA的摄取.处理细胞存活并再生成株.但是,在再生株里并未发现引入基因的表达.他们成功     

rDNA兰绿藻可能有助于植物遗传工程

康奈尔大学的研究人员已成功地将一个外源基因扦入到一种兰绿藻-Anacystis nidulans,并加以表达,从而可利用该藻作为研究包括光合作用基因表达的模型系统。遗传工程师们试想提高植物光合作用的能效的同时,将高等植物核和叶绿体DNA的功能分开的企图遭到了失败。康奈尔B.Thompson研究所(Ithaca,NY)植物分子遗传实验室主任A.Szalay解释研究关于叶绿体光合作用和膜装配的分子遗传学是极其困难的。     

高等植物叶绿体的启动子

本文收集了迄今发表的六十种高等植物叶绿体启动子序列,并将它们与原核生物系统的启动子序列作了比较。现有的事实表明,结构确定的叶绿体启动子,大多数情况下具有起始叶绿体基因表达的功能。     

叶绿体4.5SrRNA——Ⅰ.结构与功能

核糖体一般可分为二大类。一类为80S真核型核糖体,另一类为70S 原核型核糖体。植物叶绿体中的核糖体属于后一类型。在低等植物叶绿体核糖体中,rR N A 分子通常只有23S、16S 和5S 三种,与原核生物核糖体基本相同。但是,70年代后期在高等植物叶绿体核糖体中,还发现了另一种小分子 RNA——4.5S rR N A。就象5.8S rR N A     

叶绿体中蛋白质合成的调控

高等植物和绿藻的叶绿体有自己的遗传系统.烟草、欧龙亚草和水稻叶绿体DNA的全部核苷酸序列含有130个基因密码.除叶绿体rRNA和30tRNA的基因外,已发现至少有70个密码子的40个ORF和已确定的40个及未定的11个叶绿体蛋白质基因.在一些植物种中,rRNA基因组附近的某些基因组出现二个反向重复片段.人们把质体基因分成三类:(1)编码光合系统的蛋白质基因.光合作用中蛋白质的合成     

硫代异鼠李糖甘油二酯(SQDG)的生物合成与功能

硫代异鼠李糖甘油二酯(SQDG)是一种含硫的糖脂,分布于高等植物,藓类植物,蕨类植物,藻类植物以及大多数光合细菌的光合膜中。SQDG的含量与生物种类有关。在高等植物中含量一般为总脂的4％,而在藻类中其含量变化较大,一般为总脂含量的10％—70％。SQDG的合成是在叶绿体内被膜上完成的,催化SQDG合成的酶是UDP—SQ：DAG硫代异鼠李糖基转移酶。SQDG存在于纯化的叶绿体CF0-CF1ATPase、LHCⅡ辅基蛋白以及D1／D2异二聚体蛋白中,说明SQDG可能与膜蛋白复合物的结构和功能有关。SQDG还与植物的抗逆性有关。在磷缺乏时,SQDG能弥补PG含量的下降,使体内阴离子脂的含量维持在一个稳定的水平。近年来还发现SQDG能有效抑制真核生物DNA聚合酶和HIV反转录酶的活性。     

烟草质体分裂相关基因NtFtsZ1和NtFtsZ2对叶绿体分裂和形态的影响

质体作为植物细胞中一类重要的细胞器,控制其分裂的分子机制一直都不清楚.最近的研究表明,植物细胞中与原核细胞分裂基因ftsZ类似的同源基因控制着质体的分裂过程.通过正反义转化分析了两个烟草的ftsZ基因(NtFtsZ1和NtFtsZ2)在转基因烟草中的功能.二者的反义表达并未对转化烟草细胞中叶绿体的分裂和形态产生明显影响,但二者过表达转化植株中叶绿体的数目和形态都发生了明显的变化,在某些转化植株的叶肉细胞中甚至只有1～2个巨大的叶绿体存在.对不同转化植株的电镜观察和叶绿素含量分析认为,NtFtsZs基因可能对叶绿体的正常发育和功能没有影响,叶绿体形态的变化是对其数目减少的一种补偿.正反义转化植株中叶绿体的不同表型暗示高等植物中同一家族的ftsZ基因可能在控制质体分裂方面具有相同的功能.同时,过表达植株中叶绿体形态的变化被认为是高等植物FtsZ质体骨架功能的体现.     

硫代异鼠李糖甘油二酯(SQDG)的生物合成与功能

硫代异鼠李糖甘油二酯(SQDG)是一种含硫的糖脂,分布于高等植物,藓类植物,蕨类植物,藻类植物以及大多数光合细菌的光合膜中。SQDG的含量与生物种类有关。在高等植物中含量一般为总脂的4%,而在藻类中其含量变化较大,一般为总脂含量的10%～70%。SQDG的合成是 在叶绿体内被膜上完成的,催化SQDG合成的酶是UDP-SQ: DAG硫代异鼠李糖基转移酶。SQDG 存在于纯化的叶绿体CF0-CF1 ATPase、LHCⅡ辅基蛋白以及D1/D2异二聚体蛋白中,说明SQDG 可能与膜蛋白复合物的结构和功能有关。SQDG还与植物的抗逆性有关。在磷缺乏时,SQDG能 弥补PG含量的下降,使体内阴离子脂的含量维持在一个稳定的水平。近年来还发现SQDG能有效抑制真核生物DNA聚合酶和HIV反转录酶的活性。