葉綠體轉化——遺傳轉化新思路

高等植物具有3套遺傳體系，分別是細胞核、質體與線粒體。自從植物轉基因技術誕生以來，通過農桿菌介導法或基因槍法將外源基因整合到細胞核染色體上已成為主流方法。但是人們已經認識到傳統的核轉化會出現一系列問題，包括花粉漂移、位置效應、基因沉默等。

與核轉化相比，葉綠體轉化能有效解決這些問題。主要體現在：1、大多數被子植物的質體是嚴格的母系遺傳，不會通過花粉漂移引發環境安全問題；2、外源基因通過同源重組定點整合到葉綠體基因組中，不會出現位置效應；3、質體基因組拷貝數高，每個植物細胞約有100個葉綠體，而每個葉綠體又有100個拷貝左右的環狀基因組DNA，高拷貝數可以使外源基因得到高水平表達；4、具有多基因共表達元件，可以實現對復雜生化途徑的調控。作為一種新技術與新思路，葉綠體轉化表現出巨大的優勢和廣闊的發展前景吸引越來越多的科研人員關注。

葉綠體轉化系統的第一步是個性化設計轉化載體，通過設計載體兩端的同源序列利用同源重組實現定點整合。篩選標記基因使用頻率最高、效果最好的是壯觀霉素。篩選標記基因表達盒兩邊可加重組位點或重復序列，獲得同質化植株后，可以利用重組系統進行篩選標記基因的去除。第二步是轉化方法，載體要到達葉綠體，需要穿過細胞壁、細胞膜以及葉綠體雙層膜?；驑尫ㄒ驗槭荏w廣泛、且能轉化細胞器，目前是葉綠體做常用的轉化方法。第三步是轉化苗的同質化，只有獲得同質化的轉化苗才能穩定遺傳。最常用的方法是取選擇培養得到的轉化異質體的綠色部分在篩選壓提高的培養基上進行培養誘導再生，反復進行多輪選擇，消除野生型葉綠體基因組，從而達到同質化。

高等植物中茄科植物是成功進行葉綠體轉化最多的物種。煙草作為模式作物，再生率和轉化率都非常高，也是比較容易進行葉綠體轉化的物種。據報道，約有20個物種在葉綠體轉化上取得成功。這項技術的不斷發展已成為植物遺傳育種（抗逆、改良品質和提高產量）的一項新策略；同時，在生物醫藥應用上以葉綠體作為生物反應器能夠高效表達多種藥用蛋白，抗體和疫苗等。

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