叶绿体转化——遗传转化新思路

高等植物具有3套遗传体系，分别是细胞核、质体与线粒体。自从植物转基因技术诞生以来，通过农杆菌介导法或基因枪法将外源基因整合到细胞核染色体上已成为主流方法。但是人们已经认识到传统的核转化会出现一系列问题，包括花粉漂移、位置效应、基因沉默等。

与核转化相比，叶绿体转化能有效解决这些问题。主要体现在：1、大多数被子植物的质体是严格的母系遗传，不会通过花粉漂移引发环境安全问题；2、外源基因通过同源重组定点整合到叶绿体基因组中，不会出现位置效应；3、质体基因组拷贝数高，每个植物细胞约有100个叶绿体，而每个叶绿体又有100个拷贝左右的环状基因组DNA，高拷贝数可以使外源基因得到高水平表达；4、具有多基因共表达元件，可以实现对复杂生化途径的调控。作为一种新技术与新思路，叶绿体转化表现出巨大的优势和广阔的发展前景吸引越来越多的科研人员关注。

叶绿体转化系统的第一步是个性化设计转化载体，通过设计载体两端的同源序列利用同源重组实现定点整合。筛选标记基因使用频率最高、效果最好的是壮观霉素。筛选标记基因表达盒两边可加重组位点或重复序列，获得同质化植株后，可以利用重组系统进行筛选标记基因的去除。第二步是转化方法，载体要到达叶绿体，需要穿过细胞壁、细胞膜以及叶绿体双层膜。基因枪法因为受体广泛、且能转化细胞器，目前是叶绿体做常用的转化方法。第三步是转化苗的同质化，只有获得同质化的转化苗才能稳定遗传。最常用的方法是取选择培养得到的转化异质体的绿色部分在筛选压提高的培养基上进行培养诱导再生，反复进行多轮选择，消除野生型叶绿体基因组，从而达到同质化。

高等植物中茄科植物是成功进行叶绿体转化最多的物种。烟草作为模式作物，再生率和转化率都非常高，也是比较容易进行叶绿体转化的物种。据报道，约有20个物种在叶绿体转化上取得成功。这项技术的不断发展已成为植物遗传育种（抗逆、改良品质和提高产量）的一项新策略；同时，在生物医药应用上以叶绿体作为生物反应器能够高效表达多种药用蛋白，抗体和疫苗等。

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