植物学通报 Chinese Bulletin of Botany 2007, 24 (5): 659?666, https://www.doczj.com/doc/b18594769.html,
.专题介绍.
转基因植物生产超长链多不饱和脂肪酸研究进展
石娟, 朱葆华, 潘克厚 *
中国海洋大学海水养殖教育部重点实验室, 青岛 266003
摘要
超长链多不饱和脂肪酸(VLCPUFAs)对人类健康非常重要。日常摄入一定量的VLCPUFAs能够补充人体自身合成的
不足, 并对某些疾病起到明显的预防和治疗作用。VLCPUFAs主要源自深海鱼油, 但由于市场需求的迅速增长和海洋可捕捞 鱼类资源的日益减少, 该途径已经远远不能满足市场的需要, 寻找更为持续且稳定的VLCPUFAs来源已经成为当务之急。最 近, 人们已经克隆了VLCPUFAs生物合成相关的去饱和酶和延伸酶基因, 并希望在植物特别是油料作物中共表达这些基因, 使 其成为生产VLCPUFAs的 “绿色细胞工厂” 。目前已有多个研究小组在进行转基因植物合成VLCPUFAs的探索, 并取得了突 破性的研究成果。本文综述了相关的研究进展, 并对存在的问题和解决策略进行了探讨。
关键词 DHA, EPA, 转基因植物, 超长链多不饱和脂肪酸
石娟, 朱葆华, 潘克厚 (2007). 转基因植物生产超长链多不饱和脂肪酸研究进展. 植物学通报 24, 659?666.
超长链多不饱和脂肪酸(VLCPUFAs)是指含有 20 或 22个碳原子及4－6个亚甲基间隔的顺式双键的脂肪 酸链(Abbadi et al., 2004), 包括花生四烯酸(AA, 20: 4n6)、 二十碳五烯酸(EPA, 20:5n3)和二十二碳六烯酸 (DHA, 22:6n3)。 多不饱和脂肪酸(PUFAs)可分为n6系 列和 n3 系列。AA 属于 n6 PUFAs; EPA 和 DHA 属于 n3 PUFAs。 研究表明, VLCPUFAs 对人类健康非常重 要。AA 和 EPA 是哺乳动物细胞膜的组分, 也是生成前 列腺素、白三烯和血栓素等激素的前体(Funk, 2001)。 EPA 在凝血、免疫和抗炎症等各种生理反应中起重要 作用(Simopoulos, 2002)。DHA 对胎儿神经系统的形 成至关重要(Uauy et al., 2001), 还影响着视网膜视紫 红质的活性(Giusto et al., 2000), 并与某些疾病如关节 炎、动脉硬化、抑郁症的预防和治疗有关(Horrocks and Yeo, 1999; Marszalek and Lodish, 2005)。 人体合成 EPA 和 DHA 的效率极低, 在日常饮食中
补充足够的 EPA 和 DHA 对维持身体健康极为重要。 目 前该类脂肪酸的主要来源是深海鱼油, 但是鱼类自身并 不能合成 VLCPUFAs, 而是通过摄食富含 VLCPUFAs 的海藻等进行有限的积累; 另外, 过度捕捞使海洋鱼类资 源日益减少, 该途径已经远远不能满足迅速增加的市场 需求。 此外, 由于环境污染等原因导致鱼油中的重金属 含量越来越高, 寻找更为持续、稳定、安全的 EPA 和 DHA来源成为当务之急(Tonon et al., 2002; Domergue et al., 2005a)。已知某些微生物如真菌和海洋微藻能 够从头合成 VLCPUFAs 且含量丰富(Sayanova and Napier, 2004); 然而现已开发出的商业化的海藻油和真 菌油, 由于其产量低和提取成本高限制了这类资源的大 规模应用。 鉴于植物油的提取工艺非常成熟, 许多研究 者已经将目光转向油料作物的代谢工程, 探索如何利用 转基因植物作为 “绿色细胞工厂 ”生产 V LC PU FA s (Truksa et al., 2006)。近年来国外一些研究小组已在
收稿日期: 2006-10-24; 接受日期: 2007-04-09 基金项目: 973 重大基础研究前期研究专项(No. 2005CCA02400) * 通讯作者。E-mail: khpan@https://www.doczj.com/doc/b18594769.html, 缩写词: AA: arachidonic acid; ALA: α-linolenic acid; DGLA: dihomo-γ-linolenic acid; DHA: docosapentaenoic acid; EDA: eicosadienoic acid; EPA: eicosapentaenoic acid; ER: endoplasmic reticulum; ETA: eicosatetraenoic acid; GLA: γ-linolenic acid; LA: linoleic acid; LPCAT: lyso-phosphatidycholine acyltransferase; OA: oleic acid; PC: phosphatidycholine; PDAT: phospholipid diacylglycerol acyltransferase; PUFAs: polyunsaturated fatty acids; SDA: stearidonic acid; TAG: triacylglycerol; TPA: tetracosapentaenoic acid; VLCPUFAs: very long-chain polyunsaturated fatty acids
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该领域取得了突破性的成果, 表明转基因植物的确有望 成为稳定且廉价的 EPA 和 DHA 来源。本文介绍了相 关的研究进展, 并对存在的问题和解决策略进行了探 讨。迄今为止, 国内这方面的研究报道较少, 而我国作 为世界上人口最多的国家, 今后必将成为VLCPUFAs的 消费大国; 因此, 转基因油料作物的开发将会具有非常广 阔的市场前景, 希望本文能为相关的研究人员提供有价 值的参考。
Sperling et al., 2003; Sayanova and Napier, 2004)。 VLCPUFAs 合成过程中涉及的去饱和酶和延伸酶 基因均已被克隆鉴定, 研究表明这些酶都位于细胞内质 网(ER)膜上(Huang et al., 2004)。不同来源的去饱和 酶其作用底物有所不同, 动物中的去饱和酶以酰基-CoA 中的脂肪酸为底物, 植物和微生物中的去饱和酶则以磷 脂特别是磷脂酰胆碱(PC)中的脂肪酸为底物(Los and Murata, 1998)。目前发现的长链脂肪酸延伸酶均以酰 基-CoA中的脂肪酸为底物, 该类脂肪酸是由4个酶组成 的延伸复合体, 催化包括缩合、酮酰还原、脱水及烯 酰还原等一系列反应, 其中缩合酶(即延伸酶)决定着底物 专一性(Leonard et al., 2004)。由于植物和微生物中 的去饱和酶和延伸酶作用底物不同, 其VLCPUFAs的合 成比较复杂, 涉及脂肪酸在酰基-CoA库和PC库间的转 移; 相关的酰基转移酶(LPCAT)也起着非常重要的作用 (Domergue et al., 2003)。
1
VLCPUFAs合成通路及相关的酶
绝大多数生物是从油酸(OA, 18:1n9)开始合成多不饱和 脂肪酸的, 该过程涉及一系列去饱和及延伸反应。 某些 真菌和海洋微藻具有合成VLCPUFAs的所有去饱和酶 和延伸酶, 能够从头合成 VLCPUFAs。其合成途径主 要为经典的 n6 和 n3 途径, 即由 OA 生成的亚油酸(LA, 18:2n6）和 α- 亚麻酸(ALA, 18:3n3)在 ?6 去饱和酶作 用下生成γ-亚麻酸(GLA, 18:3n6)和十八碳四烯酸(SDA, 18:4n3), 然后经 ?6 延伸和 ?5 去饱和生成 AA 和 EPA, EPA 又可经 ?5 延伸和 ?4 去饱和生成 DHA(图 1A)。在 这个过程中, n6 脂肪酸可在 ?15 和 ?17 去饱和酶(这类 去饱和酶又称为ω3去饱和酶)作用下生成n3脂肪酸。 在 某些微藻如等鞭金藻中, C20-VLCPUFAs的合成还存在 一条“替代通路” 即 LA 先经 ?9 延伸酶延伸生成二十 , 碳二烯酸(EDA, 20:2n6), 然后在?8去饱和酶作用下生 成二均-γ-亚麻酸(DGLA, 20:3n6), 进而?5去饱和为AA (图 1A)。 哺乳动物体内缺乏 ?12(ω6)和 ?15(ω3)去饱和 酶, 不能生成 LA 和 ALA, 必须从食物中补充; 哺乳动物 可将外源 LA 和 ALA 经 n6 和 n3 途径转化为 AA 和 EPA。 其 DHA 的合成较为复杂, 首先 EPA 通过 2 次连续的延 伸反应生成二十四碳五烯酸(TPA, 24:5n3), 然后经?6 去饱和及一轮发生于过氧化物酶体的β-氧化生成DHA (Qiu, 2003) (图 1A)。高等植物(包括油料作物)一般只 能合成油酸和亚油酸, 不能继续合成长链的多不饱和脂 肪酸; 要想在植物中合成VLCPUFAs, 必须转入相关的 去饱和酶和延伸酶基因。关于不同生物合成 VLCPUFAs的详细描述参见文献(Napier et al., 2003;
2 转基因植物中VLCPUFAs的合成
2.1 “ 替代通路” 的构建和C20-VLCPUFAs的生成
Qi等(2004)将等鞭金藻的C18?9延伸酶、 眼虫的?8去 饱和酶和高山被孢霉的?5去饱和酶基因转入模式植物 拟南芥中, 构建了合成 VLCPUFAs 的“替代通路” 成 , 功实现了 C20-VLCPUFAs 的合成。他们(Qi et al., 2004)之所以没有构建经典途径是因为拟南芥酰基-CoA 库中 LA-CoA 和 ALA-CoA 含量较高, 可以被 C18?9 延 伸酶直接利用, 减少了脂肪酸在PC库和CoA库之间的 转移,有利于 VLCPUFAs 合成的起始。转基因拟南芥 叶片的脂质分析结果显示, 新生成的 C20-VLCPUFAs 占总脂肪酸的 18.8%, 其中 AA 和 EPA 的含量分别为 6. 6% 和 3.0%(表 1)。除此之外还检测到了一些由 ?5 去 饱和酶催化生成的副产物, 包括 20:3?5,11,12 和 20: 4?5,11,14,17, 说明转入的?5去饱和酶的底物专一性不 强。虽然有研究表明, 这些脂肪酸可能对人体有益 (Nakane et al., 2000), 但是其具体作用并不明确。尽 管如此, 该小组在本领域取得了突破性成果, 首次证明了 高等植物通过转基因合成 VLCPUFAs 是可行的。
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表 1 不同转基因植物中 VLCPUFAs 的生成 Table 1 The synthesis of VLCPUFAs in different transgenic plants Host plant Heterologous enzymes AA(%) Arabidopsis leaves Ig?9Elo+Eg?8Des+Ma?5Des 6.6 Linseed seeds Soybean seeds Soybean somatic embryos Arabidopsis seeds Pt?6Des+Pp?6Elo+Pt?5Des Sd?6Des+Ma?6Elo+Ma?5Des and At?15Des+Sd?17Des Sd?6Des+Ma?6Elo+Ma?5Des and Pav?5Elo+Sa?4Des+Sd?17Des Dr?6/?5Des+Ce?6Elo+Ma?5Des 1.0 2.2 5.2 1.2
EPA(%) 3.0 0.8 19.6 6.1 2.5
DHA(%) 0.0 0.0 0.0 3.1 0.5
Reference Qi et al., 2004 Abbadi et al., 2004 Kinney et al., 2004 Knney et al., 2004 Robert et al., 2005
Brassica juncea seeds Pi?6Des+Tc?5Des+Pp?6Elo 7.3 0.8 0.0 Wu et al., 2005 Pi?6Des+Tc?5Des+Pp?6Elo +Co?12Des 12.0 1.3 0.0 Pi?6Des+Tc?5Des+Pp?6Elo +Co?12Des+Tc?6Elo 13.7 1.4 0.0 Pi?6Des+Tc?5Des+Pp?6Elo +Co?12Des+Tc?6Elo+Pinω3Des 5.4 8.1 0.0 Pi?6Des+Tc?5Des+Pp?6Elo +Co?12Des+Tc?6Elo+Pinω3Des and 4.0 8.1 0.2 Tc?4Des+TcAT+Om?5Elo VLCPUFA: 超长链多不饱和脂肪酸; AA: 花生四烯酸; EPA: 二十碳五烯酸; DHA: 二十二碳六烯酸; Des: 去饱和酶; Elo: 延伸酶; At: 拟南 芥; Ce: 秀丽线虫; Co: 金盏菊; Dr: 斑马鱼; Eg: 纤细裸藻; Ig: 球等鞭金藻; Ma: 高山被孢霉; Om: 虹鳟; Pav: 巴夫藻; Pi: 拉曼被孢霉; Pin: 一种霉菌; Pp: 小立碗藓; Ps: 盐生巴夫藻; Pt: 三角褐指藻; Sa: 裂殖壶菌; Sd: 异枝水霉; Th: 一种海洋真菌 VLCPUFA: very-long-chain polyunsaturated fatty acid; AA: arachidonic acid; EPA: eicosapentaenoic acid; DHA: docosahexaenoic acid; Des: desaturases; Elo: elongase; At: Arabidopsis thaliana; Ce: Caenorhabditis elegans; Co: Calendula officinalis; Dr: Danio rerio; Eg: Euglena gracilis; Ig: Isochrysis galbana; Ma: Mortierella alpina; Om: Onchorhynchus mykiss; Pav: Pavlova sp.; Pi: Pythium irregulare; Pin: Phythophtora infestans; Pp: Physcomitrella patens; Ps: Pavlova salina; Pt: Phaeodactylum tricornutum; Sa: Schizochytrium aggregatum; Sd: Saprolegnia diclina; Th: Thraustochytrium sp.
2.2
经典通路的构建和C20-VLCPUFAs的生成
于DGLA和ETA的含量也非常低, 分别为1.2%和0.9%, 所以推断 C18?6 延伸一步为整个合成通路的 “瓶颈 ” 。 为此作者又进行了一系列实验来寻找延伸效率低的原因: RT-PCR及体外酶活分析显示, 发育种子中?6延伸酶基 因转录活跃, 所表达的蛋白具有很高的延伸酶活性; 而对 发育种子酰基-CoA库的分析显示, ?6延伸酶的适宜底 物 GLA-CoA 和 SDA-CoA 含量很少。因此, 作者推测 不是延伸酶的催化活性而是底物的适用性限制了C18的 延伸效率。如前所述, 植物中去饱和酶的底物为 PC 库 中的脂肪酸, 而延伸酶的底物为酰基 -CoA 库中的脂肪 酸, 如果 ?6 去饱和产物不能有效的从 PC 库转入酰基 CoA库, 就不能被延伸酶所催化。 作者分析影响脂肪酸 进入酰基-CoA库的可能原因主要有两点: 一是负责脂肪 酸在PC库和酰基-CoA库之间转移的LPCAT不能有效 识别并转移非植物自身的脂肪酸; 二是由于SDA可经不
上述研究仅在拟南芥叶片中实现了C20-VLCPUFAs的 合成,考虑到脂肪酸必须被转化为三酰甘油(TAG)才能被 有效存贮和利用, Abbadi等(2004)进行了转基因植物种 子合成 C20-VLCPUFAs 的探索。 他们以烟草和亚麻作为目标植物, 所转基因均由种 子特异的启动子控制, 包括小立碗藓、 琉璃苣和三角褐 指藻的 ?6 去饱和酶基因, 小立碗藓和线虫的 C18?6 延 伸酶以及高山被孢霉和三角褐指藻的?5去饱和酶基因, 通过这些基因的不同组合, 构建了经典的 n6 和 n3 途径 (Abbadi et al., 2004)。结果只有 1 种组合在亚麻中成 功实现了 C20-VLCPUFAs 的生成(表 1)。脂质分析表 明, GLA和SDA能够在亚麻种子中大量积累(>25%), 但 AA 和 EPA 含量极低, 分别为 1.0% 和 0.8%(表 1)。由
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依赖于酰基-CoA的途径直接整合入三酰甘油, 而且植物 中催化该反应的酶(如磷脂二酰甘油酰基转移酶(PDAT)) 活性很高, 所以影响了 SDA 转移到酰基 -CoA 库( 图 1B)。
入芥菜种子, 种子中 AA 和 EPA 的产量分别为 7.3% 和 0.8%(表 1)。然后将金盏菊的 ?12 去饱和酶基因转入, 更多的 OA 转化为 LA, 使 AA 的产量上升到 12.0%(表 1)。 当第 2 个 ?6 延伸酶基因(来源于 Thraustochytrium sp.)被转入后, AA 的生成又有少量增加(13.7%)(表 1),
2.3
经典通路的构建和DHA的生成
其中最高的一株达到 2 5 % 。由于种子中 G L A 产量 (28.6%)明显高于SDA(2.2%)的产量, 作者又转入了1个 Phytophtora infestans的ω3(?17)去饱和酶基因, 使超 过50%的AA转化为EPA, EPA的平均产量达到 8.1% (表 1), 最高达 15%, 明显高于 Abbadi 等(2004)在亚麻 中得到的结果。继续转入虹鳟的 ? 5 延伸酶、 Thraustochytrium sp.的?4去饱和酶和LPCAT基因后, 仅生成了少量的 DHA(表 1), 最高为 1.5%, 说明由 EPA 合成 DHA 的过程中存在 “瓶颈 ” 。实验显示, EPA 的 ?5延伸一步效率很低, 只有4%, 这与转基因亚麻?6延 伸效率低的原因类似。 此外, 作者还提出另一种可能的 原因, 即外源转入的延伸酶如果与植物内源性延伸复合 体的其它3个组分不能很好地协作, 也会降低延伸反应 效率。至于本实验转入的 LPCAT 在 DHA 合成中是否 起到了促进作用还不清楚, 但是理论上它能够帮助 VLCPUFAs 在酰基 -CoA 库和 PC 库间进行转移。
实现了C20-VLCPUFAs在转基因植物种子中的合成后, 研究者又将目标转向高等植物 DHA 合成通路的构建。 Kinney等(2004)以专利的形式报道了在转基因大豆种子 和体细胞胚中合成 EPA 和 DHA 的方法。他们首先在 大豆种子中表达了5个外源基因, 包括真菌Saprolegnia diclina 的 ?6 去饱和酶、高山被孢霉的 ?6 延伸酶和 ?5 去饱和酶、拟南芥的 ?15(ω3)去饱和酶和 Saprolegnia diclina的?17(ω3)去饱和酶基因, 结果种子中EPA含量 达到了总脂肪酸的19.6%, 明显高于Abbadi等(2004)在 亚麻种子中得到的结果, 推测?15和?17去饱和酶的转 入增加了 n6 脂肪酸向 n3 脂肪酸的转化, 从而提高了 EPA 的产量。接着, Kinney 等(2004)又在体细胞胚中 表达了除?15去饱和酶以外的上述其它4个酶基因。 另 又增加了盐生巴夫藻的 ? 5 延伸酶和真菌 Schizochytrium aggregatum的?4去饱和酶, 结果生成 了6.1%的EPA 和3.1%的DHA, 这是目前报道的DHA 产量最高的转基因植物(表 1)。 Robert 等(2005)将斑马鱼的 ?6/?5 双功能去饱和 酶、线虫的 ?6 延伸酶、盐生巴夫藻的 ?5 延伸酶和 ?4 去饱和酶基因分 2 步转入拟南芥, 最终生成了 2.5% 的 EPA 和 0.5% 的 DHA(表 1)。斑马鱼的 ?6/?5 去饱和酶 是典型的动物来源的去饱和酶, 以酰基-CoA中的脂肪酸 为底物, 其产物可直接被?6延伸酶利用, 从而大大提高 了延伸效率, 使 86% 的 GLA 和 67% 的 SDA 被延伸。 但是VLCPUFAs的产量仍然很低, 分析表明这可能是由 于动物来源的去饱和酶在植物中活性不高, 致使?6去饱 和反应成为了整个合成途径的限速步骤造成的。 近期, Wu等(2005)通过五步转基因操作在芥菜种子 中成功构建了 DHA 合成通路。他们首先将 Pythium irregulare的?6去饱和酶、 Thraustochytrium sp.的?5 去饱和酶和Physcomitrella patens的?6延伸酶基因转
3 增强转基因植物合成和积累V L C P UFAs的策略
3.1 选择适宜的目标植物
不同种类的植物脂肪酸代谢途径不完全相同, 相关酶的 催化能力也存在差异, 因此在不同植物中构建相同的脂 肪酸合成通路, VLCPUFAs 的合成效率却有所不同 (Singh et al., 2005)。这可能与不同植物的内源性 LPCAT 活性不同有关, 需要进一步深入研究。
3 .2
选择适宜的去饱和酶和延伸酶基因
目前发现的去饱和酶和延伸酶大多对脂肪酸底物的链 长、 双键数目和位置不具有严格的专一性, 除了目标产 物外, 还会生成某些非特异脂肪酸。考虑到这些脂肪 酸的作用还不清楚, 它们的出现不利于转基因植物的商
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图1
VLCPUFAs 的生物合成途径(A)和脂肪酸在磷脂酰胆碱与酰基 -CoA 间的酰基交换(B)
VLCPUFA: 超长链多不饱和脂肪酸; OA: 油酸; LA: 亚油酸; ALA: α- 亚麻酸; GLA: γ- 亚麻酸; SDA: 十八碳四烯酸; EDA: 二十碳二烯酸; DGLA: 二均 -γ- 亚麻酸; ETA: 二十碳四烯酸; AA: 花生四烯酸; EPA: 二十碳五烯酸; DPA: 二十二碳五烯酸; TPA: 二十四碳五烯酸; THA: 二十四碳六烯酸; DHA: 二十二碳六烯酸; TAG: 三酰甘油; LPCAT: 溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶; DGAT: 二酰甘油酰基转移酶; PDAT: 磷 脂二酰甘油酰基转移酶; Des: 去不饱和酶; Elo: 延伸酶 Figure 1 Biosynthesis pathway of VLCPUFAs (A) and acyl-exchange between PC and acyl-CoA (B) VLCPUFA: very-long-chain polyunsaturated fatty acid; OA: oleic acid; LA: linoleic acid; ALA: α-linolenic acid; GLA: γ-linolenic acid; SDA: stearidonic acid; EDA: eicosadienoic acid; DGLA: dihomo-γ-linolenic acid; ETA: eicosatetraenoic acid; AA: arachidonic acid; EPA: eicosapentaenoic acid; DPA: docosapentaenoic acid; TPA: tetracosapentaenoic acid; THA: tetracosahexaenoic acid; DHA: docosahexaenoic acid; TAG: triacylglycerol; LPCAT: lyso-phosphatidycholine acyltransferase; DGAT: diacylglycerol acyltransferase; PDAT: phospholipid diacylglycerol acyltransferase; Des: desaturase; Elo: elongase
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业化应用, 因此需要继续筛选具有高底物特异性的去饱 和酶和延伸酶。已知许多海洋微藻能够从头合成并积 累大量的VLCPUFAs, 本实验室以高产EPA和DHA的 藻株为对象, 正在进行相关基因的克隆鉴定工作。 此外, 以前的研究表明, 有些酶虽然在转基因酵母中 表现出较高活性, 但是转入植物后却发生了变化(Robert et al., 2005)。因此, 需要将各种去饱和酶和延伸酶基 因转入目标植物, 进一步确定这些酶是否具有较强的底 物专一性和催化活性。
spruce)的酰基-CoA ?9去饱和酶(Marillia et al., 2002), 但是它们只能催化饱和脂肪酸链的第 1 个去饱和反应, 不能在单不饱和及多不饱和脂肪酸中继续引入双键 (Sperling et al., 2003)。最近, 一个来自海洋微藻 Ostreococcus tauri 的酰基 -CoA ?6 去饱和酶被鉴定, 将其与 ?6 延伸酶在酵母中共表达, 发现几乎所有的 ?6 去饱和产物都能被有效延伸, 关于该酶能否提高转基因 植物的 ?6 延伸效率还有待进一步研究(Domergue et al., 2005b)。此外, 由于目前转基因植物中 DHA 的生 成量很低, 而 ?5 延伸反应是 DHA 合成最为重要的限速 步骤, 因此如果能够克隆出以二十碳四烯酸(ETA, 20: 4n3)为底物的酰基-CoA ?5去饱和酶, 就有可能大大提 高 DHA 的合成效率(Truksa et al., 2006)。
3 .3
选择目标植物种子特异的启动子
种子是 TAG 大量存贮的部位。转基因植物合成 VLCPUFAs 后, 必须将其转化为 TAG 后才能被有效存贮、 提 取和被人体利用, 这首先就需要选择种子特异的强启动 子以实现外源基因在发育种子中的大量表达(Singh et al., 2005)。此外, TAG 合成存在多条途径, 深入研究 TAG合成相关的酶, 进而提高TAG的合成效率对开发有 商业价值的转基因植物也具有重要意义。
3.5
提高外源酶与内源酶的重组及协作效率
延伸反应实际是由 4 个酶组成的多酶复合体催化的 (Leonard et al., 2004)。因为催化缩合反应的酶(即延 伸酶)决定着底物特异性, 所以先前所有转基因实验仅转 入了以长链多不饱和脂肪酸为底物的缩合酶, 该酶与植 物延伸复合体的其它3个组分能否协调一致将直接影响 延伸反应效率, 将内源缩合酶突变或沉默掉是否有利于 外源缩合酶的重组值得进一步探索(W u et al., 2005; Truksa et al., 2006)。 此外, 由OA合成VLCPUFAs的所有去饱和酶和延 伸酶均为 ER 膜蛋白, ER 膜并不是均一的, 而是由许多 负责不同生物功能的微结构域构成。在转基因植物中 表达的外源蛋白如果不能准确进入ER膜与脂肪酸合成 的相关区域, 就会导致底物在这些酶之间传递的障碍 (Truksa et al., 2006)。 因此, 研究外源酶蛋白在 ER 膜 上的整合部位将有利于了解这些酶的空间协作; 如果能 使这些酶集中位于 ER 的同一功能域内, 就会使底物的 流动更加顺畅, 从而提高合成效率。 综上所述, 几个研究小组的研究证明, 在植物中转基 因生产 VLCPUFAs 是可行的, 而且 AA 和 EPA 的产量 可以达到相当高的水平。虽然目前在转基因植物种子 中大量合成DHA还存在一些限制性因素, 但是相信随着 对脂肪酸合成、转运及存贮途径的深入研究和各种相
3.4
解决脂肪酸在磷脂库和酰基C o A 库间的转
运“瓶颈”
上述研究表明, 去饱和产物不能有效地从 PC 库转入酰 基-CoA库是其进一步延伸的“ 瓶颈” 也是VLCPUFAs , 合成的主要限制因素, 这可能是由于植物内源性的 L P C A T 不能有效识别并转运 V L C P U F A s 造成的 (Napier et al., 2006)。解决这一问题主要有两条途径: 一是研究在海洋微藻等能够自身合成EPA和DHA的生 物中该类脂肪酸在PC库和酰基-CoA库间的交换机制, 寻找能高效转移VLCPUFAs的LPCAT; 二是转入以酰 基-CoA为底物的去饱和酶基因, 减少脂肪酸在PC库和 酰基 -CoA 库间的转移, 提高延伸效率。已知动物体内 的去饱和酶为酰基-CoA去饱和酶, 但是将动物来源的基 因转入植物体可能会使消费者难以接受, 从而影响其商 业化应用(Truksa et al., 2006)。虽然在某些高等植物 中也发现了酰基 -CoA 去饱和酶, 如一种欧洲小白花 Limnanthes alba的酰基-CoA ?5去饱和酶(Moreau et al., 1981; Cahoon et al., 2000)和白色云杉(white
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关酶基因的克隆鉴定, 这些问题将会被逐步解决。 如果 植物油中AA、 EPA和DHA的含量各占总脂肪酸的5%, 10 g 这样的油脂就能满足 1 个人 1 天对 VLCPUFAs 的 需求量(Domergue et al., 2005a); 转基因植物就有可能 作为鱼油的良好替代资源应用于生产, 为更多的人提供 廉价且高品质的食用油, 从而大大增进人类健康。
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参考文献
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植物学通报
24(5)
2007
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Advances in Research into the Production of Very Long-chain Polyunsaturated Fatty Acids in Transgenic Plants
Juan Shi, Baohua Zhu, Kehou Pan*
Key Laboratory of Mariculture of Ministry of Education of China, Ocean University of China, Qingdao 266003, China
Abstract Very long-chain polyunsaturated fatty acids (VLCPUFAs) play important roles in human health. Dietary supplementation with VLCPUFAs can significantly alleviate the symptoms of many diseases. Currently, VLCPUFAs are mainly obtained from the oil of deep-sea fish. However, this source is considered insufficient and endangered because of the expanding market and environmental pollution. Exploiting sustainable and continuable alternative sources of fish oil is urgently needed. Because the biosynthetic pathway of VLCPUFAs has been elucidated and the genes of desaturases and elongases involved have been cloned, many researchers co-express such genes in plants to produce VLCPUFAs. This field is becoming cutting edge in metabolic engineering of oilseed plants. This review focuses on the latest progress in this area. The bottleneck in the biosynthetic pathway and methods of increasing the accumulation of VLCPUFAs are also discussed.
Key words docosapentaenoic acid, eicosapentaenoic acid, transgenic plant, very long-chain polyunsaturated fatty acids
Shi J, Zhu BH, Pan KH (2007). Advances in research into the production of very long-chain polyunsaturated fatty acids in transgenic plants. Chin Bull Bot 24, 659?666.
* Author for correspondence. E-mail: khpan@https://www.doczj.com/doc/b18594769.html,
(责任编辑: 孙冬花)
基因工程技术的现状和前景发展 摘要 从20世纪70年代初发展起来的基因工程技术，经过30多年来的进步与发展，已成为生物技术的核心内容。许多科学家预言，生物学将成为21世纪最重要的学科，基因工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一。基因工程研究和应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域。 基因工程应用于植物方面 农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。农作物生物技术的目的是提高作物产量，改善品质，增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。由于植物病毒分子生物学的发展，植物抗病基因工程也也已全面展开。自从发现烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白基因导入烟草中，在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状，通过导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力，已用多种植物病毒进行了试验。?在利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大进展。植物对逆境的抗性一直是植物生物学家关心的问题。由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战，耐涝、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品种(系)也已获得成功。植物的抗寒性对其生长发育尤为重要。科学家发现极地的鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长，从而免受低温的冻害并正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来，导入植物体可获得转基因植物，目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。?随着生活水平的提高，人们越来越关注口味、口感、营养成分、欣赏价值等品质性状。实践证明，利用基因工程可以有效地改善植物的品质，而且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域，近几年利用基因工程改良作物品质也取得了不少进展，如美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获取蛋白质合成基因，成功地导入到马铃薯中，培育出高蛋白马铃薯品种，其蛋白质含量接近大豆，**提高了营养价值，得到了农场主及消费者的普遍欢迎。在花色、花香、花姿等性状的改良上也作了大量的研究。? 基因工程应用于医药方面 目前，以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快的产业之一，发展前景非常广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上，基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。?目前，应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试，并进入临床验证阶段；专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制，它可有目的地寻找并杀死肿瘤，将使癌症的治愈成为可能。由中国、美国、德国三国科学家及中外六家研究机构参与研制的专门用于治疗乙肝、慢迁肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的体细胞基因生物注射剂，最终解决了从剪切、分离到吞食肝细胞内肝炎病毒，修复、促进肝细胞再生的全过程。经4年临床试验已在全国面向肝炎患者。此项基因学研究成果在国际治肝领域中，是继干扰素等药物之后的一项具有革命性转变的重大医学成果。 基因工程应用于环保方面
生物与环境工程学院课程论文 转基因作物的研究进展 学生姓名：魏斌聪 学号：200806016139 专业/班级：生物工程081班 课程名称：生物工程原理 指导教师：陈蔚青教授 浙江树人大学生物与环境工程学院 2011年5月
转基因作物的研究进展 魏斌聪 （浙江树人大学生物与环境工程学院生工081班浙江杭州310015） 摘要：人们将所需要的外源基因(如高产、抗病虫害优质基因) 定向导入作物细胞中, 使其在新的作物中稳定遗传和表现,产生转基因作物新品种, 是大幅度提高作物产量的一项新技术。本文先描述了转基因作物的发展进程，对其基因问题的研究作了讨论，并列出转基因作物目前存在的主要问题并作分析，最后对此项技术作出展望。 关键词：转基因作物；DNA技术；基因导入；安全性 前言 转基因植物（transgenic plant），是指基因工程中运用DNA 技术将外源基因整合于受体植物基因组、改变其遗传组成后产生的植物及其后代。转基因植物的研究主要在于改进植物的品质，改变生长周期等提高其经济价值或实用价值。[ 1 ]其主要范围是在作物方面，如可食用的大豆、玉米等，或者可投入生产的棉花等作物。 从表面上看来，转基因作物同普通植物似乎没有任何区别，它只是多了能使它产生额外特性的基因。从1983年以来，生物学家已经知道怎样将外来基因移植到某种植物的脱氧核糖核酸中去，以便使它具有某种新的特性：抗除莠剂的特性，抗植物病毒的特性，抗某种害虫的特性。[ 2 ]这个基因可以来自于任何一种生命体：细菌、病毒、昆虫等。这样，通过生物工程技术，人们可以给某种作物注入一种靠杂交方式根本无法获得的特性，这是人类9000年作物栽培史上的一场空前革命。[ 3 ] 1 转基因作物的发展进程 转基因作物的研究最早始于20世纪80年代初期。1983年，全球第一例转基因烟草在美国问世。1986年，首批转基因抗虫和抗除草剂棉花进入田间试验。1996年，美国最早开始商业化生产和销售转基因作物(包括大豆、玉米、油菜、
植物转基因技术 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
生物工程的导论论文之植物转基因技术 生物1002班郭雅莉 201041006 摘要：目前，转基因技术已经成熟，转基因作物已进入产业化阶段，而且种植面积逐年扩大，呈直线上升趋势。世界上已通过转基因技术培育出许多产量高、品质好、抗性强的农作物新品种，生物技术产品已应用到医药，保健食品和日化产品等各个方面，生物制药产业已成为最活跃，进展最快的产业之一。为此，我将对植物转基因技术及其应用、和当代社会发展的概况进行系统阐述，同时对转基因食品的安全性问题进行系统的讨论。 关键词：国际状况转基因技术应用安全性问题 自1983年美国在世界上首次获得转基因烟草以来，植物转基因技术得到了迅速发展，在世界范围内得到了广泛的应用人们将以转基因技术为核心的生物技术上的巨大飞跃誉为第二次“绿色革命”。植物转基因技术巨大的生产潜力将为人类带来很大的经济效益和社会效益，并将辐射性地影响人类社会、经济、技术、生活、思想等方面的发展。 然而由于人们最初对转基因技术的认识不足或不理解，以至对转基因技术存在不同的态度和看法甚至偏见，使植物转基因技术面临着不少冲击。在20世纪末，转基因作物的安全性就在全球范围内引起了激烈的争论，反对者认为转基因作物具有很大的潜在危险，可能会对人类健康和生存环境造成威胁。在欧洲，转基因作物曾被一些媒体称之为“恶魔食 品”[1]。 一、国际植物转基因技术状况简介 转基因技术已在多种植物上获得成功，转基因的棉花、大豆、玉米、水稻、烟草、番茄、油菜等重要粮食作物和经济作物已作为商品投入市场。其进入田间实验的种类不断增加，除转基因粮食作物之外，转基因蔬菜、瓜果、牧草、花卉、林木及特用植物数量逐渐增加，基因种类和来源日益丰富，转基因性状日趋多样复杂。 在所涉及的转基因方法中，农杆菌介导法占50种，基因枪轰击法24种，DNA直接转移法2种，电击介导法2种，化学介导法1种[5]。已把一
蛋白酶抑制剂基因及转基因植物研究进展 摘要： 植物蛋白酶抑制剂是除Bt之外又一个愈来愈研究较多的抗虫基因资源，其分布广泛，在豆科、茄科、禾本科、葫芦科及十字花科等植物中存在较多。植物蛋白酶抑制剂抗虫基因主要通过2种途径获得并在多种植物中进行转化，获得抗虫转基因植株。植物蛋白酶抑制剂在基因工程中的应用已有很大的发现进展。 关键字：蛋白酶抑制剂基因作用机理转基因 正文： 一蛋白酶抑制剂作用机理 广泛存在于植物组织中的蛋白酶抑制剂是一种多肽物质, 对许多昆虫有防 卫作用。该基因及其编码区域较小、没有内含子。研究表明, 这些蛋白酶抑制剂在植物对危害昆虫以及病原体侵染的夭然防御系统中担当着重要角色。昆虫饲喂实验发现, 某些纯化的蛋白酶抑制剂具有明显的抗虫作用。利用蛋白酶抑制剂基因来提高植物的抗虫能力, 已成为植物基因工程研究的一个热门领域。在植物中发现有三类蛋白酶抑制剂: 丝氨酸蛋白酶抑制剂, 琉基蛋白酶抑制剂和金属蛋白酶抑制剂。其中对丝氨酸类蛋白酶抑制剂的研究最为透彻, 目前在植物中至少已经发现有6 个家族, 其中的弧豆胰蛋白酶抑制剂, 马铃薯蛋白酶抑制剂兀的抗虫效果最为理想。蛋白酶抑制剂的杀虫机理蛋白酶抑制剂杀虫的机理在于: 它能与昆虫消化道内的蛋白消化酶相互作用形成酶抑制剂复合物( E l ) 阻断或减弱消 化酶的蛋白水解作用。所以, 一旦昆虫摄食进蛋白酶抑制剂, 就会影响外来蛋白的正常消化, 同时, 蛋白酶抑制剂和消化酶形成E l 复合物, 能刺激消化酶的过 量分泌, 通过神经系统的反馈, 使昆虫产生厌食反应。由于蛋白酶抑制剂抑制了昆虫的进食及消化过程, 不可避免地将导致昆虫缺乏代谢中必需的氨基酸, 最终造成昆虫的非正常发育或死亡。 二植物蛋白酶抑制剂基因作用机理及获得的途径 蛋白酶抑制剂基因的作用机理及其应用蛋白酶抑制剂( P l ) 是自然界含量 最为丰富的蛋白种类之一, 存在于所有生命体中。国内外有关抗虫的植物蛋白酶抑制剂基因的获得大多通过2种途径。一种通过从植物不同部位的组织或细胞中提取抗虫活性蛋白，然后分析其起作用的活性核苷酸序列，继而克隆和转化到寄主细胞，进行筛选和选育抗虫树种。利用该方法获得抗虫树种的研究越来越多，该方法中最为关键的环节是蛋白酶抑制剂提取和活性测定方法的选择和建立。植物蛋白酶抑制剂分离和纯化的策略主要依据不同植物中的蛋白酶抑制剂生理生
作物转基因技术的研究进展 摘要：作为生物技术领域的前沿，转基因技术已在多种植物上取得重大进展。本文主要介绍了当前作物转基因技术的三大主流方法：农杆菌介导法、基因枪介导法和花粉管通道法，并阐述了这几种转基因技术在水稻、小麦、棉花、玉米、大豆，甘薯等几种主要农作物的应用进展状况。 关键词：转基因技术、农作物、应用 Genetically Modified---转基因，简称GM，是指运用科学手段从某种生物体中提取所需要的基因，将其转入另一种生物中，使与另一种生物的基因进行重组，再从结果中进行数代的人工选育，从而获得特定的具有变异遗传性状的物质。而其衍生出的转基因技术就是将人工分离和修饰过的基因导入到目的生物体的基因组中，从而达到改造生物的目的，即把一个生物体的基因转移到另一个生物体DNA中的生物技术。 1983年比利时科学家Montagu 等人和美国Monsanto 公司Fraley等人分别将T- DNA上的致瘤基因切除并代之以外源基因,获得了世界上第一株转基因植株———转基因烟草。自此之后，作物转基因技术得到了迅速发展.截至目前,几乎所有的作物都开展了转基因研究,育种目标涉及到高产、优质、高效兼抗性及多用途等诸多方面.一批抗病、抗虫、抗逆、抗除草剂等转基因作物已进入商品化生产阶段. 国际农业生物技术应用服务组织2 月13 日在京发布的1 份报告显示，全球27 个国 家超过1800 万农民，2013 年种植转基因作物，种植面积比2012 年增加了500 万公顷。此外，首个具有耐旱性状的转基因玉米杂交品种亦于2013 年在美国开始商业化。 据该报告显示，全球转基因作物的种植面积于转基因作物商业化的18 年中增加了100 倍以上，从1996 年的170 万公顷增加到2013 年的1.75 亿公顷，其中美国仍是全球转基因作物的领先生产者，种植面积达7010 万公顷，占全球种植面积的40%。国际农业生物技术应用服务组织创始人兼荣誉主席、本年度报告作者Clive James 表示，目前排名前10 位的国家种植转基因作物的面积均超过100 万公顷，这为将来转基因作物的多样化持续发展打下了广泛基础。在种植转基因作物的国家中，有19 个为发展中国家，8 个为发达国家；发展中国家的种植面积连续2 年超越发达国家。 目前，作物遗传转化的方法有农杆菌介导法、基因枪法、电激法、PEG 法、脂质体法、低能离子束法、超声波介导法、显微注射法、花粉管通道法等.但在当前作物基因工程研究中,主要采用农杆菌介导法、基因枪法、花粉管通道法,这三种转基因技术也相对较为成熟. 一、农杆菌介导法 农杆菌介导法是指农杆菌侵染植物时，受到植物受伤后释放的酚类物质的刺激，活化质粒上Vir 区基因的表达，将质粒上的另一段DNA（T-DNA）共价整合到植物基因组上，在植物体内表达而改变植物的遗传特性。农杆菌介导法的转化效率受众多因素影响，如农杆菌侵染外植体的影响因素、外植体再生能力的内在因素和环境条件（pH、温度和光照条件）等[32]，此法具有流程简单、仪器设备便宜、拷贝数低[33]，且基因沉默少，转移的基因片段长等优点。 农杆菌介导法是获得第一个转基因植物的方法，迄今为止，农杆菌介导法获得的转基因植物占转基因植物总数85%，已成为植物基因转化首选方法。 二、基因枪介导法 基因枪法又称微弹轰击法，是将外源基因包裹在直径1~2 nm的钨或金颗粒表面，加速轰击植物外植体靶组织，穿过植物细胞壁和细胞膜而将外源基因带入植物细胞。因此，通过该方法进行DNA的转移过程不受外植体基因型的限制，可以将外源基因转移至几乎所有的植物细胞、组织器官和原生质体中。 最早的基因枪是由美国Cornel 大学的Sanford 等在1987 年研制成功的。目前基因枪介
1转基因植物安全评价的意义 转基因植物育种,是利用遗传工程的手段,有目的地将外源基因或DNA构建导 入植物基因组,通过外源基因的直接表达,或通过对内源基因表达的调控,甚至通过直接调控植物相关生物如病毒的表达使植物获得新的性状的一种品种改良技术,可最大限度地满足人类的需要[1]。 与此同时,转基因技术使物种的进化速度远远超过生物自然变异与选择的速度,对于这种急剧的生物物种变化,自然界能否容纳和承受?自然界的其他组成部分是否会因此受到伤害或破坏?转基因植物及其产品被人们食用时,是否会向人体肠道微生物发生基因转移?是否会出现由于某种新物质的形成对人体健康产生危害或潜在影响?要消除这些疑虑就要进行转基因植物的安全性评价。要经过合理的实验设计和严密科学的实验程序,积累足够的数据,根据这些数据判断转基因植物的大田释放和大规模商业化生产是否安全,对实验证明安全的转基因植物正式用于农业生产,对存在安全隐患的加以限制,避免危及人类生存及破坏生态环境[2]。因此,制定科学完善的安全性评价的原则与方法,对确保人类健康和环境安全及转基因技术的健康发展具有十分重要的意义。 2转基因农产品安全评价的内容 2.1转基因植物的环境安全性 转基因植物的环境安全性评价要解决的核心问题是转基因植物释放到田间后是否会将基因转移到野生植物中;是否会破坏自然生态环境,打破原有生物种群的动态平衡[2]。 转基因植物演变为农田杂草的可能性:转基因植物可通过传粉进行基因转移,可能将一些抗虫、抗病、抗除草剂或对环境胁迫具有耐性的基因转移给近缘种或杂草,如果杂草获得了这些抗性,就会变成超级杂草,使农田杂草难以控制。 基因漂移到近缘野生种的可能性:在自然生态条件下,有些栽培植物会和周围生长的近缘野生种发生天然杂交,从而将栽培植物中的基因转入野生种中。在进行转
植物叶绿体基因工程发展探析(一) 摘要从叶绿体的概念、转化优点、转化主要过程及方法等方面概述了叶绿体基因工程的发展情况,介绍了叶绿体基因工程的应用,包括提高植物光合效率、合成有机物质、生产疫苗、增强植物抗性及在系统发育学中的应用等,并提出叶绿体基因工程存在的问题,对其未来发展进行了展望。 关键词植物叶绿体;基因工程;发展;应用;存在问题;展望叶绿体作为植物中与光合作用直接相连的重要细胞器,其基因组的功能也因此扮演着十分重要的角色。1882年Straburger观察到藻类叶绿体能分裂并进入子代细胞;1909年Baur和Correns通过在3种枝条颜色不同的紫茉莉间杂交得出,质体是母本遗传的。人们便开始对叶绿体遗传方面产生了浓厚的兴趣1]。1988年Boynton等首次用野生型叶绿体DNA转化了单细胞生物衣藻突变体(atPB基因突变体),使其完全恢复光合作用能力,标志着叶绿体基因工程的诞生2]。叶绿体基因工程作为一种很具有发展前景的植物转基因技术,在植物新陈代谢、抗虫性、抗病性、抗旱性、遗传育种等方面都将有着越来越重要的意义。 1叶绿体基因工程概述 1.1叶绿体简介 叶绿体是植物进行光合作用的重要器官,是一种半自主型的细胞器,能够进行自我复制,含有双链环状DNA。叶绿体DNA分子一般长120~160kb。叶绿体DNA有IRA和IRB2个反向重复序列(分别位于A链和B链),两者基因大小完全相同,只是方向相反,它们之间有1个大的单拷贝区(大小约80kb)和1个小的单拷贝区(大小约20kb)。 1.2叶绿体基因组转化优点 叶绿体基因具有分子量小、结构简单、便于遗传的特点,故相对于传统的细胞核遗传更能高效表达目的基因,这是因为叶绿体基因本身拥有巨大的拷贝数3]。叶绿体基因可实现外源基因的定点整合,避免位置效应和基因沉默;遗传表达具有原核性;安全性好,叶绿体属于母系遗传,后代材料稳定;目的基因产物对植物的影响小。利用叶绿体基因转化的这些优点,可以加快育种速度和效率,节约育种时间。 1.3叶绿体转化的主要过程 叶绿体转化过程通常分4步:一是转化载体携带外源目的基因通过基因枪法或其他转化体系导入叶绿体;二是将外源表达框架整合到叶绿体的基因组里;三是筛选具有转化的叶绿体细胞;四是继代繁殖得到稳定的叶绿体转化植物4]。 1.4叶绿体转化的主要方法 依据叶绿体转化的主要过程,生物学家相应地研究若干种叶绿体基因转化的方法,其中常用的叶绿体转化方法:一是微弹轰击法。将钨粉包裹构建完整的质粒载体,用基因枪轰击植物的各种组织、器官,然后对重组叶绿体进行连续筛选,不断提高同质化水平,最后获得所需的转基因植株5]。二是农杆菌T-DNA介导的遗传转化法。将外源目的基因、选择标记基因等构建到农杆菌的Ti质粒上,然后通过与植物组织或器官共培养,最后把所需外源基因转化到叶绿体并获得表达。三是PEG处理法。只需将构建好的质粒(含外源基因、标记基因、同源片断、启动子、终止子等)在一定的PEG浓度下与植物原生质体共培养。 2叶绿体基因工程的应用 2.1提高植物光合效率 植物的光合效率非常有限,太阳能的很小一部分可以转化为植物所需要的能量,从而转变为人类需要的产品。植物光合效率取决于Rubisco酶的丰富度。Rubisco酶一方面可以制造可溶性蛋白,另一方面也可以限制CO2合成。人们可以通过2种直接的方法提高光合速率:一是加速酶催化的循环过程;二是提高酶的特性,减少光呼吸浪费的能量6]。很多科学家正试图通过提高Rubisco酶来提高植物的光合效率,而其中拟南芥和水稻的定点整合试验取得了重大突
中华普通外科学文献 渊电子版冤 圆园员员 年 员圆 月第 缘 卷第 远 期 悦 澡蚤 灶 粤 则 糟 澡 郧 藻 灶 杂怎则 早渊耘 造 藻 糟 贼 则 燥 灶蚤 糟耘 凿蚤 贼 蚤 燥 灶冤袁 阅 藻 糟 藻 皂 遭藻 则圆园员员袁 灾 燥 造 缘 晕 燥 援 远 窑讲座与综述窑 DOI:10.3877/cma.j.issn.1674-0793.2011.06.016 作者单位:510080 广州,中山大学附属第一医院东山院区外科 n-3 多不饱和脂肪酸主要来源于多脂的深海冷水鱼,人类很难完整地合成 n-3 多不饱和脂肪酸,主要 通过食物摄取遥流行病学调查显示,增加 n-3 多不饱和脂肪酸摄取量可以抑制多种肿瘤的发生尧发展,减轻 进展期恶性肿瘤患者恶病质症状, 减少体重丢失甚至增加体重遥 但近年来也有学者对这一观点提出了异 议遥 人类约有 2/3 以上疾病的发生与膳食不当有关遥 越来越多的科研证据表明,危害人类健康的心血管疾 病尧糖尿病尧肥胖症以及癌症等与膳食有着不解之缘遥 根据美国的一项统计,超过 80%的患者的死亡原因 与上述几种疾病密不可分遥 血脂的含量与这些疾病的发生密切相关, 而血脂的高低又受到膳食中脂类物 质的成分及人们摄入脂类物质量的影响遥 如今西化的膳食习惯,导致人们脂肪总摄入量大大增加,此外,膳 食中 n-6 多不饱和脂肪酸(n-6 PUFAs)过量,n-3 PUFAs 严重不足,n-6/n-3 比例的失衡也是多种疾病发生 的潜在危险因素遥 目前,有关 n-3 PUFAs 对心血管疾病尧癌症尧肥胖尧糖尿病等疾病的预防作用的研究广泛 而深入,但环境对基因的作用如何,尤其是对于人体健康而言,膳食与基因存在怎样的相关性,彼此之间是 如何相互作用,相关的研究报道较少遥 现有的动物实验结果提示,膳食中脂肪的量和成份严重影响着动物 的健康,对于具有不同遗传背景以及遗传易感性的人群而言,膳食可能对基因发生的影响力,但目前尚无 明确定论遥 本文主要综述了 n-3 PUFAs 的膳食来源,在人体的代谢情况,及 n-3 PUFAs 在肿瘤防治尧临床 试验和治疗中的作用遥 一尧n-3尧n-6 PUFAs 的膳食来源 人体可以从头合成或从食物中摄取多种饱和及单不饱和脂肪酸遥 但哺乳动物缺乏合成 n-3尧n-6 PU鄄 FAs 的脱氢酶,因此这些必需脂肪酸只能从食物中摄取遥 陆生植物可以合成 n-6 系列 PUFAs 的第 1 个成员要要 要亚油酸(LA;18颐 2n-6)遥 几乎所有食用植物油如 玉米油尧 葵花油尧 红花油尧 橄榄油中 LA 的含量都很丰富遥 植物也能合成 n-3 系列 PUFAs 的第一个成 员要要 要琢 -亚麻酸(琢 -LNA,18颐 3 n-3),富含 琢 -LNA 的植物包括大豆尧核桃尧深绿色叶蔬菜如甘蓝尧菠菜尧椰 菜尧抱子甘蓝的种子等,一些油类如亚麻子油尧芥菜籽油尧菜籽油中,琢 -LNA 的含量也很丰富,同时也富含大 量 LA遥 膳食中的长链 n-3 PUFAs 主要以二十碳五烯酸(EPA,20颐 5 n-3)和二十二碳六烯酸(DHA,22颐 6 n-3) 的形式储存于冷水鱼体内遥 鱼类可以从浮游植物和浮游动物中摄取 EPA 和 DHA,不同种类尧栖息在不同 水域的鱼类,体内总脂肪及 n-3 PUFAs 的含量变化很大即便同一种类的鱼,生活在大西洋和太平洋,体内 n-3 PUFAs 含量的差异也很大遥 总之,深海冷水鱼如鲭鱼尧金枪鱼尧鲑鱼等,含 DHA 和 EPA 的量最高遥 人工 饲养的鱼类,喂食不同的饲料,其体内脂肪酸的组成也有显著区别遥 二尧n-3尧n-6 PUFAs 在人体内的代谢 虽然哺乳动物不能从头合成 n-3尧n-6 PUFAs,但哺乳动物细胞可以通过碳链的延长尧去饱和作用和逆 转等方式使 PUFAs 之间发生转化 [1] 遥 摄食后,LA 通过一系列氧化去饱和及碳链延长的交替作用被代谢,生 成花生四烯酸(AA,20颐 4 n-6)遥PUFAs 转化的主要代谢途径见图 1遥驻 6 途径负责 LA 转化为 AA,琢 -LNA 转化 为 EPA,这个步骤主要在肝脏细胞的内质网中进行遥驻 8 途径主要存在于植物中,可以生成 AA 与 EPA,但是 灶-猿 多不饱和脂肪酸与恶性肿瘤 杨婷 余红兰 石汉平 530 窑 窑
关于植物转基因技术的一些读书报告 在生物工程导论课上，我了解到了一些关于植物转基因技术的知识，对此产生了浓厚的兴趣，加上自己的专业在以后会有这方面的学习和发展，所以查阅了一些相应的资料，有了一些感想。 世界上首次使用植物转基因技术是1983年美国获得了转基因烟草，自 此以后，植物转基因技术得到了迅速发展，在世界范围内得到了广泛的应用。目前，转基因技术已经成熟，转基因作物也已进入产业化阶段，而且种植面积逐年扩大，呈直线上升趋势。植物转基因技术主要应用于农业，生物和医学等领域。进行植物品种的改良，新品种的培育以及作为生物反应器生产生物药物和疫苗等。世界上已通过转基因技术培育出许多产量高、品质好、抗性强的农作物新品种，生物技术产品已应用到医药，保健食品和日化产品等各个方面，生物制药产业已成为最活跃，进展最快的产业之一。因此，人们将以转基因技术为核心的生物技术上的巨大飞跃誉为第二次“绿色革命”。这次技术革命将使全球农业生产发生深刻的变革，使人们看到消除饥饿与贫穷的希望。植物转基因技术巨大的生产潜力将为人类带来很大的经济效益和社会效益，并将辐射性地影响人类社会、经济、技术、生活、思想等方面的发展。 但是，像其它新生事物的发展过程一样，由于人们最初对转基因技术的认识不足或不理解，以至对转基因技术存在不同的态度和看法甚至偏见，使植物转基因技术面临着不少冲击。在20世纪末，转基因作物的安全性问题 就在全球范围内引起了激烈的争论，反对者认为转基因作物具有很大的潜在危险，可能会对人类健康和生存环境造成威胁。在欧洲，转基因作物曾被一些媒体称之为“恶魔食品”。甚至当前，一些电视、广播、报纸等新闻媒体为了某些利益也对公众进行炒作和误导，夸大转基因作物的风险，使人们对转基因技术及其转基因食品由最初的争论演变为恐慌甚至存在一定的抵触 情绪。如某电视广告中所提到的：某某食用油，不含转基因成分，为健康加油；某网站新闻报道：湖北某超市惊现转基因大米等等，使人们对当前社会上对转基因技术存在的一些偏见。 在此我希望可以尽量避免偏见，对植物转基因技术的应用和当代社会发展的概况进行一些比较系统的阐述，对植物转基因技术与当代社会发展的关系进行一点探讨。 植物转基因技术的基本概念和原理 基因是生命体具有的特定遗传信息和遗传效应的核苷酸序列，存在于DNA （脱氧核糖核酸）上，是控制生物性状遗传的结构和功能单位。转基因是指利用分子生物学手段，将人工分离和修饰过的某些生物的基因转移到其它物种，以改造该物种的遗传特性。植物转基因技术又称植物基因工程，是把从动物、植物或微生物中分离到的目的基因转移到植物的基因组中，即对植物进行遗传转化，使其在性状、营养和消费品质等方面满足人类需要的技术。应用转基因技术构建的植物为转基因植物，又叫基因修饰植物，其中发展最快的是转基因植物食品。 植物转基因技术的内容包括：目的基因的分离和鉴定、植物表达载体的构建、植物细胞的遗传转化、转化细胞的筛选、转基因植物细胞的鉴定以及外
转基因研究的现状及发展 转基因作物是当今世界各国现代生物技术产业研究的热点，中国的转基因生物技术发展一、我国转基因作物的发展现状迅速，由于科学界对转基因作物对人类及生态环世界上最早的转基因作物诞生于年，是一境利与弊的争论，措政府应制定相应的政策、施对到种含有抗生素药类抗体的烟草。世纪年代，其进行安全管理。本文论述了转基因作物在国际农业生物技术已逐渐成为各国现代生物技术产业研国内的发展现状，分析了转基因作物对人类及生态环境的利与弊以及关于我国转基因作物安全管究的热点。 转基因技术的应用 1．在畜牧兽医中的应用 应用于动物抗病育种转基因技术可以用于动物抗病育种，通过克隆特定基因组中的某些编码片段，对之加以一定形式的修饰以后转入畜禽基因组，如果转基因在宿主基因组能得以表达，那么畜禽对该种病毒的感染应具有一定的抵抗能力，或者应能够减轻该种病毒侵染时对机体带来的危害。（其用于遗传育种，不仅可以加速改良的进程，使选择的效率提高，改良的机会增多，并且不会受到有性繁殖的限制。）例如Clements等将绵羊髓鞘脱落病毒的表壳蛋白基因转入绵羊，获得的转基因动物抗病力明显提高；丘才良把一种寒带比目鱼抗冻基因成功地转移到大西洋鲑中，为提高某些鱼类的抗寒能力做了积极的尝试。 2．在医学领域中的应用 用于生产药用蛋白用转基因动物的乳腺生产重组蛋白（乳腺生物反应器）可能是转基因动物的最大应用，这也是世界范围内转基因研究的热点之一。Swamdom （1992）用β-球蛋白的4个核酸酶I的高敏位点与人的两个基因相连，融合基因产生的转基因猪与鼠的原型相似。目前，把转基因动物当作生物反应器来生产药用蛋白已经受到国际社会的极大关注，不仅各国政府投资，一些私人集团也不惜投入大量资金加以研究和开发。 3．转基因的应用存在的问题及展望 （1）转基因表达水平低，许多转基因的表达强烈地位受着其宿主染色体上整合位点的影响，往往出现异位表达和个体发育不适宜阶段表达，影响转基因表达能力或基因表达的组织特异性，从而使大部分转基因表达水平极低，极少部分基因表达水平过高。 （2）难以控制转基因在宿主基因组中的行为，转基因随机整合于动物的基因组中，可能会引起宿生细胞染色体的插入突变，还会造成插入位点的基因片段丢失，插入位点周围序列的倍增及基因的转移，也可能激活正常状态下处于关闭状态的基因。 （3）不了解哪些基因控制多数生理过程，不了解基因表达的发育控制和组织特异性控制的机制。 （4）制作转基因动物的效率低，这是目前几乎所有从事转基因动物研究的实验室都面临的问题，也是制约着这项技术广泛应用的关键。 （5）对传统伦理是一种挑战，对人类的生存有一定的负面作用等。 当然，我们不能因为这些缺点的存在就否定转基因技术的研究价值。因为它作为一种新兴的生物技术，配合其他相关的生物技术将具有广阔的应用前景。随着这一技术日趋成熟，许多问题有望逐步得到解决。
种植与养殖 植物作为生物反应器为人类提供了一个更加安全和廉价的生产体系。与所有的生物反应器相比，植物是最廉价的“工厂”。植物所需要的仅是阳光和土壤及水分。另外，植物细胞中绝对不会含有潜在的动物或人类病原。自从1983年Fraley等[1]首次报道将细菌基因导入植物细胞获得成功表达以来，至今已有多种蛋白质在不同植物中成功表达[2-4]。研究表明植物生物反应器具有广阔的应用前景。 1植物生物反应器的表达系统 植物生物反应器主要有两大表达系统，既稳定表达系统和瞬时表达系统。稳定表达系统是利用稳定遗传转化方法表达和生产重组蛋白质，特点是操作简便，重组蛋白质产物置于种子或块茎中易于保存。如将抗癌基因p53克隆到表达载体，农杆菌遗传转化并在受染植物中表达[5]。由于外源性目的基因整合入植物基因组中，因此外源基因可以在后代中稳定表达。 以植物病毒为载体的瞬时表达系统具有快速的优势。不需要稳定遗传转化，从病毒侵染到高量表达仅需要7-14天。这种表达系统是应用植物病毒在植物中复制、转录和传播。其技术具有简单、快速和产量高等优点。 2植物瞬时表达系统的研究进展 2.1病毒表达载体 常用的植物病毒载体包括多烟草花叶病毒(TMV)、豇豆花叶病毒(CPMV)、马铃薯X病毒（PVX）等。Lim等[6]通过TMV和ORSV的启动子分别控制外源性基因和ORSV衣壳基因的表达，提高了重组蛋白质的表达量。Gleba等研究表明，外源蛋白表达量最高 植物瞬时表达系统的研究进展 （吉林师范大学生命科学学院136000） 【摘要】利用植物作为生物反应器是一个新兴的研究领域。本文概述了植物生物反应器的两 个主要的表达体系、病毒载体介导的植物瞬时表达系统在表达外源方面的优势，以及植物瞬时 表达侵染技术的研究进展，并阐述了植物生物反应器的发展趋势。 【关键词】植物生物反应器；转基因植物；重组蛋白质 杨丽萍 Research Progress of Plant transient expression system Yang Liping [Abstract]The use of plant as a bioreactor is a new research field.In this paper,the two main expres? sion systems of plant bioreactor,the advantages of virus vector-mediated transient expression system in expressing exogenous genes,and the research progress of plant transient expression infection tech? nology were reviewed.The development trend of plant bioreactor was also described. [Keywords]plant bioreactor;transgenic plant;recombinant protein (School of Life Sciences,Jilin normal University,Siping,Jilin136000) *基金项目 基金项目：：吉林省教育厅“十三五”科研规划项目，名称：《基因沉默抑制子HC-Pro在植物基因组中的表观遗传调控作用》，编号：JJKH20191013KJ。 作者简介 作者简介：：杨丽萍（1974.-），女，汉族，吉林省吉林市人，植物学博士，吉林师范大学，副教授，从事植物学、遗传学教学和研究。 现代农业研究
五种常用的植物转基因技术 植物转基因技术是通过各种物理的、化学的和生物的方法将从动物、植物及微生物中分离的目的基因整合到植物基因组中，使之正确表达和稳定遗传并且赋予受体植物预期性状的一种生物技术方法。1983年，首例抗病毒转基因烟草的成功培育标志着人类开始尝试利用转基因技术改良农作物。目前，植物转基因技术已在作物改良和育种领域发挥了重要作用。通过植物转基因技术，一些来自于动物、植物及微生物的有益基因如抗病／虫基因、抗非生物胁迫性状基因及特殊蛋白基因已被转化到农作物中以改良现有的农作物和培育新的农作物品种。以DNA重组技术为基础的植物转基因技术极大地扩展了基因信息的来源，打破了远缘物种间自身保持遗传稳定性的屏障。植物转基因技术已应用到玉米、水稻、小麦、大豆和棉花等许多农作物。同时，该技术也正在被尝试用于茄子和草莓等其它的作物中‘1’纠。目前，根据转基因植物的受体类型，植物转基因方法可以分为3大类：以外植体为受体的基因转化方法，如农杆菌介导法、基因枪法和超声波介导法；以原生质体为受体的基因转化方法，如聚乙二醇法、电击法、脂质体法及磷酸钙-DNA共沉淀法；以种质系统为受体的基因转化方法，如子房注射法和花粉管通道法。由于以原生质体为受体的基因转化方法有原生质体培养难度大，培养过程繁杂，培养工作量大且培养技术不易掌握；原生质体再生植株的遗传稳定性差、再生频率低并且再生周期长；相关的转化方法的转化率低、效果不理想等缺点，所以该类基因转化方法未被作为植物转基因的常规方法广泛使用。本文将对农杆菌介导法、基因枪法、超声波介导法、子房注射法和花粉管通道法的原理、基本步骤和优缺点作以简要介绍。 1 以外植体为受体的基因转化方法 1.1农杆菌介导法 农杆菌介导法是最早应用、最实用有效并且具有最多成功实例的一种植物转基因方法。农杆菌是一类普遍存在于土壤中的革兰氏阴性细菌。目前，用于植物转基因介导的农杆菌是根癌农杆菌和发根农杆菌。某些根癌农杆菌和发根农杆菌分别含有大小为200 -800bp的结构和功能相似的Ti质粒和Ri质粒。Ti质粒和Ri质粒含有3个功能区：参与农杆菌侵染植物过程的vir区、参与农杆菌基因整合到宿主植物基因组过程的T-DNA区、在农杆菌中启动质粒复制的ori区。在vir区上的vir操纵子群作用下，Ti质粒和Ri质粒能将自身的T-DNA转入宿主植物细胞内，而后将T-DNA整合到植物基因组中。T—DNA是质粒上一段10—30kb 的序列，它的两端各有一段高度保守的25bp的同向重叠序列。由于T-DNA转化无序列特异性，因此可用任何基因片段代替原来的T-DNA基因片段进行。 农杆菌介导法的原理是：在农杆菌基因ehvA，chvB，pscA，and att家族所编码的蛋白和植物伤口产生的酚类物质和糖类物质的共同作用下，农杆菌识别并附着在宿主细胞壁上。virD4和virB基因编码蛋白组成的type IV分泌系统将单链VirD2-T-DNA复合体运送到宿主细胞内。此外，VirE3、VirE2和VirF蛋白也通过该系统进入宿主细胞质中。在宿主细胞质中，VirE2蛋白与VirD2-T-DNA复合体结合。在V irD2核定位信号、某些农杆菌蛋白和宿主细胞蛋白的共同作用下，VirD2-T-DNA复合体进入细胞核。在VirD2、VirE2、某些宿主细胞核蛋白如AtKu80和DNA连接酶的作用下，T-DNA被整合到宿主基因组中，但具体过程不详。 农杆菌介导法的基本步骤是：(1)诱导目标植物外植体；(2)构建含有目的基因的质粒；(3)质
编号 食品分离技术（综述）题目：多不饱和脂肪酸功能与应用综述食品学院营养与卫生学专业 班级食硕1005 学号s100109030 学生姓名张锦 二〇一一年一月
多不饱和脂肪酸功能与应用综述 摘要：概述了多不饱和脂肪酸的种类、来源、营养和生理功能的相关研究，包括n-6系列多不饱和脂肪酸、n-3系列多不饱和脂肪酸。阐述了膳食合理比例的n-6/n-3 多不饱和脂肪酸是保持身体健康的关键。 关键词：多不饱和脂肪酸；营养；生理功能 Abstract：The kinds of polyunsaturated fatty acid including n-6 and n-3 fatty acids, nature resources, nutrition and biological functions are summarized. The balance intake n-6 and n-3 PUFA is important for keep health but not absolute amounts of PUFA. Key words：polyunsaturated fatty acid; nutrition; biological functions 多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)是指有2个或2个以上不饱和双键结构的脂肪酸，也称多烯脂肪酸。根据第一个不饱和键位置不同，可分为n-6、n-3两大类。n-6 PUFA包括亚油酸(linoleic acid C18: 2n-6, LA) 、γ-亚麻酸(gamma-linolenic acid C18:3 n-6 ,GLA) 花生四烯酸(arachidonic acid C20:4 n-6, AA)等,n-3 PUFAs除α-亚麻酸(alfa-linolenic acid C18:3 n-3 ,LNA)外主要有二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid C20:5 n-3, EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid C22:6n-3,DHA)等长链PUFA。由于人类与其它哺乳类动物自身不能合成这些脂肪酸，必需由食物提供，所以称为必需脂肪酸。脊椎动物不能在离甲基端7 个碳原子之内形成双键。所以，动物体内所有的代谢转化不能改变n-6 或n-3 双键的甲基末端的分子数。因此一旦被消化，n-3 和n-6 脂肪酸不能相互转化这些脂肪酸是不可变的并且有不同的生物化学作用。 PUFA 对人体生理作用的研究源于二十世纪二十年代末必需脂肪酸缺乏症的研究，其后沉寂了多年。五、六十年代以后，随着前列腺素(prostaglandins PGE)、白细胞三烯(leukotrienes LTB0、血栓烷素(thromboxanesTXB)等一系列PUFA代谢产物的研究取得极大的进展，PUFA 得到了更为深入的研究，其作用和功能也日益受到人们的重视[1]八十年代以后，随着流行病学研究发现心血管疾病发病率与PUFA 摄入量呈负相关的现象，PUFA 开始成为以功能性食品为首的许多领域的热点，PUFA 的研究得到了进一步的深化和拓展，特别是九十年代以后，研究发现AA 和DHA 等长链PUFA 在脑功能、婴幼儿智力及视功能发育等方面的重要意义，为PUFA 的研究和应用开辟了更广阔的天地。目前PUFA在医药、食品、精细化工、饲料等许多行业和领域都得到了广泛的应用，而且发展极为迅速，已受到越来越多行业人士的关注。 1．PUFA的分类 PUFA按照n编号系统(也ω编号系统)，即从甲基端开始第1个双键的位置不同，可分为n-3组、n-6组、n-7组、n-9组。每一组成员都可转化为多不饱和或链更长的脂肪酸，其中具有重要生物学功能的是n-3组、n-6组。α-亚麻酸和亚油酸分别是n-3组、n-6组PUFA 的前体，在体内经过一系列的碳链延长和脱饱和作用衍化生成其它的PUFA。 n-3 PUFA同维生素、矿物质一样是人体的必需品，摄人不足容易导致心脏和大脑等重要
抗虫转基因植物的研究进展及前景 由害虫、真菌、病毒、细菌等有害生物因子引起的病虫害是森林树木死亡和产品减少的重要因素一个世纪以来,科学们应用常规育种的方法为林木抗性品种的选育做出许多努力,取得了不少可喜的成绩。但林木生长周期长,这是林木抗性育种工作一个最大障碍。基因工程的诞生给林木抗性育种带来了新的、突破性的方法。 林木抗病虫基因工程就是利用重组DNA技术,将抗性外源基因导入林木染色体,从而产生具有外源基因表达的转基因林木。80年代以来,随着基因分离、表达载体构建、植物遗传转化和外源基因在高等植物细胞中的表达等方面的深入研究,特别是利用真核基因启动子构建融合基因的工作解决了外源基因在植物转化细胞中的表达问题,加速了林木基因工程的进展。在近10余年里,已有20余种树木如杨树、火炬松、花旗松、白云杉、桤木、核桃、刺槐、麻栎、桉树、苹果、欧洲赤松、兰伯氏松、挪威云杉和思格曼云杉等先后进行了基因工程的研究,已获得转基因植株的有杨树、核桃、柳、松树、苹果、李和葡萄等。到目前为止,有些项目开始或已经进入商业化操作阶段。研究领域有抗虫、抗病、抗除草剂耐盐、耐高温、耐干旱、耐冻等基因工程。本文对国内外林木抗病虫基因工程的现状以及在其研究发展中存在的问题作一概述。 1 抗虫转基因植物的研究进展 害虫是林业生产上的大敌之一。化学药剂杀虫不仅成本高,且造成严重的环境污染和食品中的残毒。人们很早就知道可以利用生物防治的方法来控制虫害。现在利用基因工程可以有效地达到这个目的。目前,人们已从细菌、植物本身及昆虫体内发现并分离到许多抗虫基因,有的已导入植物获得了抗虫转基因植株。目前,研究的抗虫基因有以下几方面。 1.1苏云金杆菌毒蛋白基因 苏云金杆菌(Bacillusthurigiensis简称Bt)制剂长期以来用于多种害虫的生物防治,因其产生大量的伴胞晶体蛋白对昆虫幼虫有很强的毒杀作用。伴胞晶体由具有高度特异性杀虫活性的结晶蛋白组成。根据毒蛋白基因的序列同源性和它们编码蛋白的抗虫谱,可划分为四大
１转基因植物安全评价的意义 转基因植物育种，是利用遗传工程的手段，有目的地将外源基因或ＤＮＡ构建导入植物基因组，通过外源基因的直接表达，或通过对内源基因表达的调控，甚至通过直接调控植物相关生物如病毒的表达使植物获得新的性状的一种品种改良技术，可最大限度地满足人类的需要［１］。 与此同时，转基因技术使物种的进化速度远远超过生物自然变异与选择的速度，对于这种急剧的生物物种变化，自然界能否容纳和承受？自然界的其他组成部分是否会因此受到伤害或破坏？转基因植物及其产品被人们食用时，是否会向人体肠道微生物发生基因转移？是否会出现由于某种新物质的形成对人体健康产生危害或潜在影响？要消除这些疑虑就要进行转基因植物的安全性评价。要经过合理的实验设计和严密科学的实验程序，积累足够的数据，根据这些数据判断转基因植物的大田释放和大规模商业化生产是否安全，对实验证明安全的转基因植物正式用于农业生产，对存在安全隐患的加以限制，避免危及人类生存及破坏生态环境［２］。因此，制定科学完善的安全性评价的原则与方法，对确保人类健康和环境安全及转基因技术的健康发展具有十分重要的意义。 ２转基因农产品安全评价的内容 ２．１转基因植物的环境安全性 转基因植物的环境安全性评价要解决的核心问题是转基因植物释放到田间后是否会将基因转移到野生植物中；是否会破坏自然生态环境，打破原有生物种群的动态平衡［２］。 转基因植物演变为农田杂草的可能性：转基因植物可通过传粉进行基因转移，可能将一些抗虫、抗病、抗除草剂或对环境胁迫具有耐性的基因转移给近缘种或杂草，如果杂草获得了这些抗性，就会变成超级杂草，使农田杂草难以控制。 基因漂移到近缘野生种的可能性：在自然生态条件下，有些栽培植物会和周围生长的近缘野生种发生天然杂交，从而将栽培植物中的基因转入野生种中。在进行转基因植物安全评价时应从两个方面考虑，一是转基因植物释放区是否存在近缘野生种，若没有，则基因漂移就不会发生。另一个可能是存在近缘野生种，基因可以从栽培植物转移到野生种中，这就要分析考虑基因转移后会有什么效果。 对自然生物类群的影响：在植物基因工程中所用的许多基因是与抗虫或抗病有关的，其直接作用的对象是生物。如转入ＢＴ杀虫基因的抗虫棉，其目标昆虫是棉铃虫和红铃虫等植物害虫，如大面积和长期种植抗虫棉，昆虫有可能对抗虫棉产生适应性或抗性，这会影响抗虫棉的应用和ＢＴ农药制剂的防虫效果。因此，在抗虫棉推广时一般要求种植一定比例的非抗虫棉，以延缓昆虫产生抗性。 ２．２转基因植物的食品安全性 转基因食品又称基因修饰食品（Ｇｅｎｅｔｉｃａｌｌｙｍｏｄｉｆｉｅｄｆｏｏｄ，ＧＭＦ），即用转基因生物制造或产生的食品。进行转基因食品安全评价时，应从宿主、载体、插入基因、重组ＤＮＡ、基因表达产物及其对食品营养成分的影响等方面来考虑［３］。主要内容有：转基因食品基因修饰导致的新基因产物的营养学评价、毒理学评价以及过敏效应。 ３转基因植物的安全评价方法 ３．１转基因植物安全性评价等级与原则 中国农业部在２００２年１月５日发布的《农业转基因生物安全评价管理办法》中，按照对人类、动植物、微生物和生态环境的潜在危险程度，由高到低的顺序将农业转基因生物分为４个安全等级（表１）［４］。 表１农业转基因生物安全等级的划分标准 在对农业转基因生物进行安全性评价时一般遵从以下几条原则：（１）促进而不是限制农业转基因生物的发 转基因植物的安全性评价 李茜 （南京农业大学，国家生命科学与技术人才培养基地，南京２１００９５） 摘要：简要论述了转基因植物安全性评价的意义、内容和方法。 关键词：转基因植物；安全性；评价。 安全等级潜在危险程度 Ⅰ尚不存在危险 Ⅱ具有低度危险 Ⅲ具有中度危险 Ⅳ具有高度危险 农业生物技术 ６２ －－ 中国农村小康科技２００８年第１期Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｉｎａｘｉａｏｋａｎｇ＠１２６．ｃｏｍ地址：１０００２６北京市朝阳区麦子店街２０号农业部北办公区中国农学会