海藻基因工程进展3

研究综述#ΡΕςΙΕΩΣ海藻基因工程进展­3ΓΕΝΕΤΙΧΕΝΓΙΝΕΕΡΙΝΓΟΦΜΑΡΙΝΕΑΛΓΑΕ姜鹏秦松曾呈奎中国科学院海洋研究所青岛Ξ海洋真核藻类基因工程真核藻类遗传转化研究开始于年代年¬与⁄报道了首例淡水单细胞绿藻))莱茵衣藻Χηλαµψδοµονασρεινηαρδιι的遗传转化选用壁缺失突变和精氨酸依赖突变株使来自酵母的精氨酸基因获得了整合表达的效果∀其后Χρεινηαρδιι广泛应用于分子遗传学与基因工程的研究目前已成为唯一的染色体!叶绿体!线粒体套基因组均能遗传转化的植物≈∀海洋真核藻类基因工程的研究起步更晚但发展很快由于几种大型海藻已实现规模化栽培并形成产业因此作为第一步是在经济藻类中人工开展建立模式转化系统的研究逐步建立海藻表达系统∀目前海洋真核藻类基因工程已取得开创性的突破其开发潜力与应用前景正被人们所看好∀基因的研究年代以来对真核藻类质体基因组的结构!功能!起源和进化进行了比较深入系统的研究∀先绘制限制性内切酶图谱再用异源探针定位基因目前已在多种海洋真核藻类中开展了质体基因组图谱绘制工作见表∀通过图谱的比较从而研究质体的起源与进化也为有用基因的分离与克隆奠定了基础∀另外围绕基因的分离!克隆!测序以及表达调控的研究已在多种海洋真核藻类中得以开展∀≈等克隆了能在三角褐指藻海洋硅藻Πηαεοδαχτψλυµτριχορνυτυµ的φχπ基因编码捕光色素蛋白得到该基因的启动子区图谱找到转录的χ末端区还发现了该基因的密码子偏向性规律∀研究显示φχπ中没有内含子推测缺失内含子的外源基因会更容易得到表达∀目前利用上述启动子进行遗传转化的工作正在进行∀随着海洋真核藻类遗传转化取得突破藻类基因的应用研究也在深入开展∀现已在海洋真核藻类基因工程中投入应用的藻类基因有两种见表∀αχχ基因是海洋硅藻Χψχλοτελλαχρψπτιχα中控制脂类合成的限制酶其高效表达可促进脂类的积累同时其活性可被≥元素含量与蛋白合成抑制剂所调控∀依靠αχχ基因自身的调控区启动子与终止子构建载体引入多拷贝的αχχ基因以使其在Χχρψπτιχα中高效表达可以实现在硅藻体内进行生物燃料的生产≈∀±等从钝顶螺旋藻Σπιρυλιναπλατενσισ等种蓝藻中克隆了别藻蓝蛋白基因απχ并进行了全序列测定≈∀以融合蛋白的方式在大肠杆菌中获得了高效表达表达产物经初步试验证明其对小鼠≥肉瘤有显著的抑制作用≠∀以海带为廉价高效反应器生产°≤蛋白及其他活性物质的系统目前正在构建∀海洋真核藻类基因工程载体构建与基因转移方法的探索年代末各国学者借鉴高等植物基因工程已取得的成就在海洋真核藻类的研究中开展了一系列卓有成效的工作见表∀目前外源基因的直接导入法如电击穿孔!基因枪轰击等是大型海藻基因工程主要的转化手段而载体则大多数是来自于高等植物基因工程如≤×2≤≥∂2Λαχ等∀结果表明≤∂≥≥∂与≥启动子在大型海藻中具有通用性可被大型海藻的转录系统识别≈∀≤∂≥于高等植物中表现出的细胞!组织和发育阶段的表达特异性在海带中同样得到证实≈∀≤∂≥2≥基因质粒可以在海带假根中表达但在叶状体!雌配子体及孤雌海带中检测不到≥活性∀在海洋硅藻Χχρψπτιχα中则有新的发年第期Ξ≠秦松等∀海带及螺旋藻的基因工程研究∀见关美君∀第四次中国海洋湖沼药物学术开发研讨会论文集∀青岛中国药学会海洋药物专业委员会中国海洋湖沼学会药物学分会∀∗收稿日期22国家攀登计划专题°⁄22号国家自然科学基金资助项目号∀现单独转化≤∂∞⁄≤∂≥2νπτ­质粒得不到新霉素类似物2抗性转化株而将⁄≤∂≥2λυχ与≤≤°×αχχ调控区2νπτ­质粒联合转化在2抗性藻株中则能检测到荧光素酶活性这说明尽管外源启动子≤∂≥能被硅藻识别及利用但其驱动选择标记基因表达的效率远不足于克服选择压力要想得到能够高效表达的硅藻基因工程载体同源的启动子序列是必需的≈∀表2海藻质体遗传图谱研究概况门类文献红藻门条斑紫菜Πορπηψραψεζοενσισ≥∏≥脐形紫菜Πυµβιλιχαλισ紫菜Ππυρπυρεα等褐藻门网地藻∆ιχτψοταδιχηοτοµα∏等间囊藻Πψλαιελλαλιττοραλισ秦松等硅藻门格氏圆筛藻Χοσχινοδισχυσγρανιι秦松等绿藻门刺松藻Χοδιυµφραγιλε秦松等表3已在海洋真核藻类基因工程中得到应用的藻类基因来源基因及编码功能受体载体文献海洋硅藻Χψχλοτελλαχρψπτιχααχχ≤≤乙酰辅酶羧化酶Χχρψπτιχααχχ启动子2νπτ­2αχχ终止子√∞∞等°等蓝藻Σπιρυλιναπλατενσισαπχ别藻蓝蛋白Λαµιναριαϕαπονιχα≥∂启动子2χατ2απχ±≥等±≥等表4海洋真核藻类遗传转化研究概况受体载体启动子方法效果文献红藻门麒麟菜Ευχηευµα≤∂≥2≥Ù2≥基因枪瞬间表达≤⁄°等坛紫菜Πορπηψραηαιτανενσισ≤∂≥电击法瞬间表达•≥等Πµινιατα原生质体Ù≤∂≥2≥电击法瞬间表达∏∞等褐藻门海带Λαµιναριαϕαπονιχα组织切块≤∂≥2≥基因枪瞬间表达秦松等裙带菜Υνδαριαπιννατιφιδα组织切块≤∂≥2≥基因枪瞬间表达秦松等海带Λϕαπονιχα雌配子体≥∂2Λαχ≥∂2λαχ基因枪稳定表达±≥等海带Λϕαπονιχα雌配子体≤×2≤≥∂2χατ基因枪稳定表达±≥等硅藻门Χψχλοτελλαχρψπτιχααχχ启动子2νπτ­2αχχ终止子基因枪稳定表达⁄∏×等Ναϖιχυλασαπροπηιλααχχ启动子2νπτ­2αχχ终止子基因枪稳定表达⁄∏×等绿藻门伞藻Αχεταβαλαρια≥∂Ù≥∂微注射稳定表达∏∏等目前依靠海洋真核藻类中发现的质粒构建真核海藻基因工程载体成为另一研究焦点∀至今国外已对余种红藻进行了研究在种红藻中发现了质粒秦松等≈在我国的经济种类真江蓠Γραχιλαριαασιατιχα中也证实了质粒的存在∀另外海洋硅藻中也陆续有质粒发现∀人们期待着改造内源性质粒!构建基因工程载体的工作能有所突破∀从褐藻中分离的病毒也同样引起人们的兴趣侵染褐藻的双链⁄病海洋科学毒是最大和最复杂的病毒之一可定向整合于藻类染色体其基因组在∗之间适于插入大片段的外源⁄≈∀对于病毒⁄的深入了解以及整合机制的揭示将为海藻基因工程的载体构建提供新的思路∀建立海藻表达系统目前大型海藻基因工程正从建立模式转化系统走向建立海藻表达系统∀∏等利用Ù≤∂≥2≥基因质粒电击法转化紫菜原生质体获得瞬间表达≈转化后原生质体可以再生但适合于红藻的阳性选择标记基因的缺乏阻碍了稳定转化结果的获得∀与红藻相比模式表达系统的建立在海洋硅藻与褐藻中已有了良好的开端应用前景广阔∀海洋硅藻对海洋初级生产力有很大贡献在海洋生态动力学中占有重要地位同时极具多样性的海洋硅藻本身所具有的一些优良特性也不断被发掘海洋硅藻资源已被认为是下个世纪饵料!天然药物与能源的巨大宝库∀目前利用硅藻本身的调控序列启动子与终止子νπτ­在底栖与浮游海洋硅藻中都已得到稳定表达≈∀对于主攻研究的Χψχλοτελλαχρψπτιχα其分子遗传学背景了解得较为清晰室外规模养殖的技术也已过关利用基因工程技术向其中引入多拷贝的αχχ基因并高效表达将为能源物质的生物转化开创崭新的局面∀同样褐藻的模式表达系统的研究在中国科学院海洋研究所等单位的努力下最近几年也取得了突破性进展∀目前我国已建成世界上规模宏大的海带育苗栽培业海带每公顷产干品可达以上是一种稳产!高产的优良经济海藻这为将海带开发成为廉价高效的生物反应器!生产蛋白与药物奠定了一定的基础∀同时海带也存在其种质上的弱点蛋白质与必需氨基酸含量偏低对于这些问题传统的育种方法难以解决而通过基因工程育种则为改善海带种质引入了有效的解决手段∀研究发现海带对卡那霉素不敏感而对氯霉素敏感并已证明氯霉素是适合海带转化体筛选的选择压力≈∀用基因枪将≥∂2≤×质粒导入海带雌配子体中通过氯霉素筛选获得了孤雌生殖抗性海带证明≤×基因是海带基因工程的有效选择标记基因≥∂是除≤∂≥外又一个适合于海带遗传转化的启动子元件≈∀根据以上发现海带模式转化系统得以初步确立即在目前海带原生质体再生植株尚未成功!组织培养再生植株效率低的情况下以海带雌配子体为受体用基因枪转化以χατ作为选择标记基因经孤雌生殖与氯霉素筛选得到再生纯系转基因海带∀目前已获得转外源基因植株并申请了专利≠∀进一步的工作是利用转基因海带生产具有抗肿瘤活性的别藻蓝蛋白真正带动海带基因工程向应用性目标迈进∀参考文献≈1∗16见本刊1998年第2期29∗30页∀≠秦松!王希华!李新萍!姜鹏!曾呈奎1996∀生产转基因海带的方法∀专利申请号961202351∀冲绳海槽现代海底热液活动研究概况3ΣΤΑΤΥΣΟΦΤΗΕΣΤΥ∆ΙΕΣΟΝΤΗΕΗΨ∆ΡΟΤΗΕΡΜΑΛΑΧΤΙςΙΤΨΙΝΤΗΕΟΚΙΝΑΩΑΤΡΟΥΓΗ蒋富清中国科学院海洋研究所青岛266071Ξ1948年瑞典/信天翁号0调查船在红海发现高温高盐溶液和多金属软泥至此揭开了海底热液活动研究的序幕∀随着全球范围内大洋调查活动的展开先后在大洋中脊!断裂活动带!岛弧和弧后扩张盆地发现了众多的海底热液活动区以及颇具经济远景的海底热液多金属矿产资源从而使海底热液活动的调年第期Ξ国家自然科学基金资助项目号中国科学院海洋研究所调查研究报告第号∀收稿日期22