烟草NtFtsZ2-1基因参与叶绿体分裂和扩大的调节

叶绿体虽然是植物细胞内一种极其重要的细胞器,但其分裂的分子机制尚不很清楚。已经证明FtsZ蛋白作为真核细胞分裂装置的一个关键成分,参与叶绿体的分裂过程。烟草的FtsZ基因属于2个不同的家族,在对NtFtsZ1家族成员研究的基础上,用正义和反义表达技术研究了NtFtsZ2家族成员NtFtsZ2-1基因在转基因烟草中的功能。显微分析结果表明NtFtsZ2-1基因的表达水平异常增强或减弱都会严重干扰叶绿体的正常分裂过程,导致叶绿体在形态和数目上的异常（体积明显增大,数目显著减少）,而单个叶肉细胞中叶绿体的总表面积在正反义转基因烟草和野生型烟草之间保持了相对稳定,没有发生明显的变化。同时还证明NtFtsZ2-1基因表达的变化对叶绿素含量和叶绿体的光合作用能力没有直接的影响。据此我们认为NtFtsZ2-1基因参与叶绿体的分裂和体积的扩大,其表达水平的波动会改变植物中叶绿体的数目和大小,而且在叶绿体的数目与体积之间可能存在一种补偿机制,保证叶绿体能最大限度地吸收光能,从而使光合作用得以正常进行。     

美科学家将外源基因导入叶绿体

美国纽约州华斯曼研究所的科学家通过基因工程,已将外源遗传物质导入植物的叶绿体,并使这种外源DNA稳定地整合于其后代的叶绿体。上述研究是基因工程上的突破。它可使科学家有可能操纵涉及光合作用的基因,阐明光合作用的某些最基本的过程,从而进一步改造植物和改良农作物品种。这些科学家以烟草N.tabacum SPC2为试材。这种烟草的质粒pZS148(9.6千碱基)含有可编码壮观霉素抗性突变的DNA片段。用这种DNA包衣的钨粒子轰击烟草植株的叶组织。然后通过叶组织培养的壮观霉素抗性     

日利用l基因工程培育成功耐高温植物

Nature Biotechnology 2000年18卷3期249页报道：日本九州大学的科学家们已培育成功一种可在高温下维持光合作用的转基因烟草(Science287,476～479,2000)。鉴于沙漠植物的叶绿体可在高温下减少三烯脂肪酸的合成,科学家们培育了含有来自拟南芥(Arabidopsis thaliana)的附加的叶绿体特异△-3去饱和酶(脱氢酶)基因的两个转基因烟草株系。互阻遏作用导致△-3去饱和酶基因在这些植株中的表达下降,以及与此伴随的三烯脂肪酸的相应减少。因此,这种转基因植株40℃高温下的光合作用活性可高于25℃下的活性(但40℃可极大地降低野生型植株的光合作用强度)。科学家们提示,利用内源基因可避免利－46用外源DNA进行基因操作时发生的有害效应。这个研究组的植物生理学家KohIba说：“此项研究给予我们的启迪是,利用基因操作技术可育成新的农作物或树木,以适应无可避免的全球性气候变化。例如可使寒冷地区的树木适应于高温环境”。汪开治     

问题解答

问:蓝藻的光合作用是在什么地方进行的? 答:众所周知,叶绿体是绿色真核植物进行光合作用的质体,即我们常把它喻为光合作用的场所,厂房。叶绿体内含有多种色素,其中主要的     

植物细胞器遗传工程的曙光

众所周知,生物的性状是由其遗传物质DNA决定的。在高等植物细胞中,除细胞核外,叶绿体和线粒体中也都有各自的DNA。叶绿体是光能转换,光合作用的场所。线粒体是氧化磷酸化的场所。线粒体和叶绿体的DNA,都具有细胞内半自主独立的自我复制能力,在遗传上表现为特有的母性遗传。在植物细胞中,叶绿体和线粒体具有许多与细菌共同的特性。这就给人们一个启示:那些有用的来自原核生物的目的基因能否以具有原核性的叶绿体和线粒体DNA做为它们的遗传受体,用以进行光合作用的遗传工程,生物固氮及其它遗传转化的研究。     

叶绿体中的DNA

叶绿体分布于綠色植物的生活细胞中,它担当着光合作用的重要职责。可是它的繁殖却是很特别,根据新近的研究,在叶绿体进行繁殖的时候,使用特殊的染色方法进行观察,却发現了叶绿体中有DNA(去氧核糖核酸)的存在。关于DNA本来多分布于细胞核中,它对细胞繁殖起着重要的作用,現在叶绿体中也存在着DNA,相对地可以說,叶绿     

黄瓜花叶病毒卫星RNA致弱辅助病毒的机理

分析了卫星RNA致弱的黄瓜花叶病毒 (CMV)侵染的烟草叶绿体内的CP浓度与花叶症状的严重程度成正相关 .用番茄不孕病毒 (TAV)接种表达CMV卫星RNA的转基因烟草叶绿体中 ,TAV- CP含量明显比不含卫星RNA的TAV株系侵染的低 ,而在细胞质中TAV -CP含量无差别 .用完整游离叶绿体进行体外跨膜运输试验 ,CMV- CP能快速进入离体叶绿体 ,CP降低叶绿体动力学荧光光谱 .将CMV的CP基因与 1 ,5 二磷酸核酮糖羧化酶小亚基引导肽基因进行体外拼接 .借助农杆菌转化烟草 .转基因烟草表现出黄化、根系发育受抑制 ,产生类似病毒侵染的症状 .     

表达多肽抗生素apidaecin的转基因烟草及其抗病性的初步分析

将多肽抗生素apidaecin基因与病程相关蛋白的信号肽序列融合,构建了apidaecin的分泌型植物表达载体、apidaecin与另一多肽抗生素Shiva\|I的双价分泌型植物表达载体,以本实验室原来构建的Shiva-I分泌型植物表达载体做对照,转化了模式植物烟草。对3种转基因植物进行了分子检测,转化再生苗95%为PCR阳性,Southern杂交结果进一步证明外源基因已经整合到了烟草基因组中,RT-PCR检测表明外源基因可以在转基因烟草内正常转录。对T0代转基因烟草进行烟草野火病的抗病性实验,从3种转基因烟草中都得到了抗病植株,病情指数分析的初步结果显示,双价转基因烟草抗病性最好,apidaecin的次之,Shiva-I的最差。     

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.     

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。     

向植物叶绿体导人基因成功

植物遗传工程的基本方法是向植物细胞核导入基因.最近,美国新泽西州Rutgers大学的Waksman研究所的Pal Maliga及其研究小组在植物叶绿体中导入外来基因获得成功.叶绿体是绿色植物细胞中的一种小的结构物,包括光合过程中把二氧化碳和水转换成碳水化合物的叶绿素.叶绿体是与植物细胞共存的光合成细菌进化而来的,有自己特有的DNA.由于开发了向叶绿体DNA导入外来基因的技术,就有可能开发抗除草剂植物和光合能力高的重组作物品种.     

转基因植物及其安全性

所谓转基因植物,是指运用DNA重组技术将外源基因整合到受体植物基因组中,从而改变其基因组成,这种基因组结构发生改变的植物及其后代就是转基因植物。1983年,世界上第一株转基因植物,是由美国科学家研发出来的转基因烟草。1986年首批转基因作物被批准进行小规模田间试     

银杏叶绿体DNA的分离提纯

叶绿体是植物进行光合作用的极为重要的 细胞器。本世纪初,Correns等根据植物叶子 的花斑现象具有母性遗传的特征,推测叶绿体 中可能存在着某些特殊的遗传因子,但是在其 后的近半个世纪里,叶绿体基因存在与否始终 未能得到肯定,直到六十年代初,随着核酸检测 技术和电镜技术的发展,叶绿体基因的存在才 最后得到证实。1962年Ristb,等用电镜观察到 衣藻叶绿体中存在着纤维状DNA, 1963年 Sager和石田政弘〔21应用超离心技术,从衣藻叶 绿体中首次成功地分离提取了DNA。由于在 高等植物中叶绿体基因组比较简单,而且它的 非孟德尔遗传方式对叶绿体基因组的结构及其 遗传分析带来极大方便。此外叶绿体作为真核 细胞的细胞器,其DNA及基因表达系统却又 与原核细胞的极为类似,因此叶绿体也是研究 真核基因和原核基因之间相互关系的好材料。 叶绿休基因组的研究无论在理论上还是在实际 上均有着重要意义。 我之居脚座矛材群,参考Kolodner 151和杉 浦昌弘〔33的方法,并加以改进,分离制得叶绿体 DNA (Chloroplast DNA· 简称ctDNA),     

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。     

叶绿体基因工程：一种植物生物技术的新方法

以叶绿体转化为主的叶绿体基因工程,与传统的基因工程技术细胞核转化相比,在外源基因表达水平和转基因植物安全性等方面有明显的优势, 尤其是在控制转基因沉默和遗传稳定性方面,可以互补核转化带来的局限性。因此,叶绿体基因工程是一种很具有发展前景的植物转基因技术,并在未来工农业生物技术领域发挥重要作用。本文着重在叶绿体转化技术主要特点,应用领域及其未来的发展前景等方面进行了简单评述。     

小立碗藓叶绿体分裂相关基因PpMinE的克隆及其功能与进化分析

用RT-PCR技术从小立碗藓中(Physcomitrella patens)克隆了核编码的MinE基因,命名为PpMinE,并克隆了该基因的基因组DNA。序列比对显示该基因编码的蛋白质与真细菌和绿藻叶绿体编码的MinE蛋白具有较高的相似性。pMinE-EGFP融合蛋白在烟草中的瞬时表达证明该蛋白定位于叶绿体内。在大肠杆菌中过量表达PpMinE导致细胞不正常分裂,产生无染色体的小细胞,这表明MinE的功能在进化上是保守的。在系统发育树中,PpMinE和高等陆生植物有较近的亲缘关系。在已知的陆生植物的叶绿体基因组中没有找到MinE的同源蛋白,这暗示在进化过程中MinE从叶绿体到细胞核的水平转移可能发生在陆生植物发生以前。     

甜菜ATP合酶β亚基基因atpB的克隆、序列分析及进化

atpB基因编码ATP合酶β亚基,是光合作用中的重要基因。ATP合酶是生物体内能量代谢的关键酶,参与氧化磷酸化和光合磷酸化反应。利用植物叶绿体基因组在进化过程中高度保守的特点,根据已知植物烟草、水稻和菠菜等的叶绿体基因组全序列,设计并合成了一对引物,以甜菜叶绿体DNA为模板,PCR扩增得到包含atpB完整基因(GenBank登录号为DQ067451)在内的一段序列,测序与序列分析表明:该克隆片段全长2 293 bp,其中包括有1 497 bp的编码区序列,推测编码498个氨基酸。同源性比较,该克隆基因与烟草、菠菜、油菜、水稻atpB基因的核苷酸序列同源性分别为90.92%、95.79%、87.71%和86.37%,推测的氨基酸序列同源性分别为94.58%、97.19%、92.17%和91.97%。同时,建立了几种植物的氨基酸序列系统进化树。     

用重组烟草大量生产生长激素

《日经生物技术》2000年3月13日号第12页报道：美国孟山都公司使用基因重组烟草大量生产生长激素。其产量相当于传统技术的300倍以上。详细情况见Nature Biotechnology杂志2000年3月号333页。 进行这项研究的是美国孟山都公司的子公司Agracetus公司。其最大特点是不仅向植物细胞核导入基因,而且还向叶绿体等细胞内小器官染色体中导入基因。 向植物细胞内100多个质体导入基因的技术是Agracetus公司和同样也是美国孟山都公司子公司的美国Calgene公司等共同开发的。该技术可称得上是进行超大量蛋白表达的关键技术。如果质体是来自母亲的,只遗传给下代,就不会通过雄性生殖器官-花粉传播。因此,可以避免花粉扩散,向近缘野生生物导入基因的危险。当然也有希望成为知识产权保护技术。这项成果可以说向实现植物物质生产技术-分子农业迈出了一大步。 据报道,可在叶绿体核蛋白体RNA操纵子和叶绿体表达基因-psbA启动子的下游构建泛琨素(工ビキチン)与生长激素的融合蛋白,然后使用基因枪向同源重组烟草的叶细胞叶绿体中导入基因。用细胞内泛琨素蛋白酶切断融合蛋白可分离出生长激素,叶绿体蛋白蓄积量(即可溶性蛋白)高达7％,而现已有用植物表达激素的例子,但其蓄积量只有O．1％。结果证明,除融合蛋白可用蛋白酶切断并再现生长激素内的2硫键外,还通过培养细胞系确认生长激素蛋白具有细胞增殖活性的蛋白。孙国凤     

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。     

小鼠金属硫蛋白突变体αα-cDNA在烟草中的表达及转基因烟草对Cd~(2+)抗性的提高

金属硫蛋白是一类小分子量的金属结合蛋白 ,有 β,α两个结构域 .用另一个 α结构域取代金属硫蛋白的 β结构域 ,得到突变体 αα.通过 PCR法在 αα- c DNA翻译起始密码子 ATG前加入植物偏爱的碱基组合 AACA,构建 Ca MV双 35S启动子驱动的 αα- c DNA植物表达载体 p GPTVd35S-αα,此载体以抗除草剂基因 ( bar)作为选择标记物 .用根癌农杆菌介导的叶盘法对栽培种烟草 NC89进行转化 .Southern和 Western印迹分析表明突变体αα- c DNA已整合进入烟草基因组并且可以正常表达 .Northern印迹结果显示突变体αα- c DNA在烟草根部的表达强于叶部 .烟草根、茎、叶Cd2 +含量分析表明 ,转基因植物与对照相比 ,Cd2 +更多地集中在根部 ,在一定程度上降低了叶片中的 Cd2 + 含量 .Cd2 + 抗性实验进一步证明突变体αα- c DNA的表达提高了转基因烟草对 Cd2 + 的抗性 :转基因烟草在 2 0 0μmol/L Cd Cl2 条件下生长正常 ,在 40 0μmol/Cd Cl2 培养基内也可以存活 .而 1 0 0μmol/L Cd Cl2 即成为对照烟草的致死剂量 .