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植物基因工程表达载体的改进和优化策略浅析

时间:2018-06-21 09:30来源:职称论文之家 作者:秩名 点击:
摘要:在转基因植物中,外源基因表达的效率较低一直以来都是困扰研究者的难题,而近年来,转基因生物是否安全又成为引起世界范围内人们广泛关注的问题。将针对植物表达载体在
    摘要:在转基因植物中,外源基因表达的效率较低一直以来都是困扰研究者的难题,而近年来,转基因生物是否安全又成为引起世界范围内人们广泛关注的问题。将针对植物表达载体在进行构建中采取的优化策略进行分析,通过这些策略的应用将有效增强相关外源基因表达能力,提升生物工程应用中的安全性。
    关键词:植物基因工程;表达载体;改进;策略
    外源基因在相关受体植物中的表达效率较低,其表达产物的稳定性也相对较低,甚至出现了基因失活等一系列不良的现象。因此,转基因植物研究中面临着后期无法投入使用的尴尬局面,同时转基因植物的安全性也是全球性的关注问题,而所有这些问题的出现都使生物工程的研究面临着巨大困境。针对这些问题,相关研究者进行了不懈探索,其中植物基因工程的表达载体改进及优化策略就是其中的一项重要研究成果,本文将对其进行综述。
    1启动子选用及改造
   在植物基因工程研究中不能获得理想的转基因植物,其中最重要的影响因素就是外源基因缺乏有效的表达量,而启动子在改善外源基因的表达量方面具有一定的作用。因此,在转基因植物培育的过程中,通过合理的选择与植物相匹配的启动子来增强其活性,是有效调节外源基因表达的有效途径;同时,启动子也是解决该问题时首先应该考虑到的解决策略。现阶段,在植物的表达载量改善中广泛应用启动子属于组成型的启动子,而通过发挥该类启动子的有效控制作用,转基因植物的各个部位中的外源基因都能够实现有效表达,但由于外源基因会在受体植物中进行持续性的高效率的表达,这样不仅会造成一定的浪费,还有可能引发植物形态出现一定的改变,最终影响到植物的正常发育和生长。因此,为了降低这种不利的影响因素,目前科学家试图通过研究特异表达的启动子来改善这种状况。
    2消除位置效应
   将外源基因移植到某个植物受体当中时,外源基因在不同种类的转基因的植物中所呈现出的表达水平存在较大差异性,而造成这种差异的主要因素是外源基因在不同的受体植物当中的基因组内部所进入的插入点不同而导致的,也就是植物工程中所说的“位置效应”[1]。而为了消除这种效应带来的不利影响,可以使外源基因在受体植物中实现有效的表达,以目前的研究成果,考虑应用核基质结合区,以及应用定点整合技术等。其中核基质结合区是一种特殊的DNA序列,位于真核细胞当中染色质部分,该序列能够起到良好的分割作用,可以使每一个转录单元都维持自身的独立特性,在结合中不会受到其他染色质的影响,因此能有效消除前面提到的“位置效应”。而定点整合技术的应用也能在一定程度上消除“位置效应”,目前该技术在动物的外源基因整合中已经取得了成功,因此该技术具有较大的应用前景。
    3构建叶绿体的表达载体
   细胞核在转化的过程当中经常会由于外源基因的表达效率低及“位置效应”所带来的影响等,导致转基因植物的不安全问题,因此近年来科学家研究出一种新型的植物工程技术——叶绿体转化技术,该技术具有较高的应用价值和应用前景,因此也受到了人们非常广泛的关注和重视,直至目前该技术已经在烟草、拟南芥、水稻、油菜和马铃薯中成功应用,并实现了叶绿体的成功转化,因此叶绿体转化技术也成为植物基因工程中的又一个亮点。目前已经有非常多种类的植物其叶绿体基因组的序列得到了权威测定,因此也为定点整合叶绿体基因组创建了良好的环境,目前植物基因工程中所构建完成的叶绿体的表达载体大部分都是定点整合的载体[2]。此外,叶绿体基因组还具有高拷贝的特点,因此在整合基因组的过程中其外源基因的表达率也非常高,这些特点都表明叶绿体在进行表达载体的构建过程中能够有效实现高效率的外源基因表达。
    4定位信号的运用
   前面提到的几种不同的优化方式的主要目标就是提升外源基因的转化效率及翻译效率。然而具有高表达水平的外源蛋白时候可以在植物的细胞内实现稳定的维持及其积累量的蓄积等,都是在植物遗传转化过程中特别要关注的问题。近年来的研究发现,若将相关外源基因与定位信号进行有效的连接,能促进外源蛋白在形成之后输送到细胞内部特殊的位置中,如液泡、叶绿体及内质网等,都可以有效提升外源蛋白在形成后的稳定性,并提升其积累量。主要是由于内质网等形成的特殊区域中为外源蛋白构建了一个比较稳定的生存环境,因此就阻止了外源蛋白继续降解[3]。通过应用定位信号能够有效增加蛋白质的累积量,在外源蛋白的积累中起到了非常积极的促进作用,但同一种的定位信号是否能够应用在所有的蛋白积累中还有待于进一步的研究和探索。
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