海洋藻类基因工程研究综述VIP免费

海洋藻类基因工程综述藻类基因工程亦称藻类遗传工程或藻类重组DNA技术，是以海藻为研究对象将某种生物基因通过基因载体或其他手段运送到海藻活细胞中，并使之增殖(克隆)和行使正常功能(表达)，从而创造出藻类新品种的遗传学技术。通过对藻类基因工程的研究，一方面期望从改造的藻体中筛选出抗性强且生长快的优良藻种，并把藻类作为新型的生物反应器生产某种特殊的有用物质；另一方面期望从藻类中分离、克隆有重要经济价值的基因，作为农作物改良的目的基因或用于微生物发酵生产。藻类基因工程起步较晚，国际上藻类基因工程研究的热点，从70年代淡水蓝藻，经80年代海洋蓝藻和淡水真核微藻，到90年代大型藻，体现了从原核到真核，从淡水到海水，从模式藻到经济藻，从单细胞、丝状体微藻到多细胞大型藻的发展趋势。蓝藻又名蓝细菌(Cyanobacteria)，是一类光合自养的原核生物。它结构简单、生长迅速、适应性强、易于进行遗传操作，并且多数不含毒蛋白，可作为很好的基因工程受体系统。作为基因工程受体，与大肠杆菌相比其表达产物不形成包涵体，容易纯化；不含毒素，比较安全；培养基为无机盐，廉价不易污染。蓝藻是藻类中最早能稳定地表达外源基因的种类。从1970年发现蓝藻可以转化，1973年证明蓝藻中含有质粒，1981年首次在蓝藻中表达外源基因成功，到1996年聚胞藻PCC6803作为第一个光合生物完成了基因组全序列测定，蓝藻的研究一直处于整个生物学的前沿，有些研究较多的蓝藻种类已成为分子生物学和基因工程研究中的重要模式生物目前，蓝藻基因工程主要研究的内容包括基因的选择、鉴定、测序、序列分析与克隆，载体的构建，调控表达原件的分析，基因转化系统的发现和筛选，转基因蓝藻的筛选及培养条件的优化等。蓝藻质粒广泛用于构建基因载体。自1973年发现蓝藻质粒以来，已在约50%被检单细胞及丝状蓝藻中证明了内源性质粒的存在，质粒数目从1~10个不等，大小在1.3-130Kb之间，但只在极少数淡水蓝藻中找到质粒编码功能的证据，一般认为蓝藻质粒属隐秘型质粒。至今蓝藻质粒尚未发现可识别的遗传标记，不能在E.coli中复制，不能作为克隆载体。用含Tn901的E.coli质粒转化淡水蓝藻SynechococcusPCC7942，由于Tn901插入蓝藻内源质粒，第一次得到带Apr标记的杂交质粒pCH1及衍生质粒pUC1，将后者与pCYC184融合，首次获得了双向质粒pUC104和pUC105，其后，利用多种单细胞蓝藻质粒与E.coli质粒如pBR322等重组，或引入多克隆位点，或补充新的选择标记，改善载体克隆潜力，又相继构建了许多双向质粒。这类嵌有细菌遗传标记的重组质粒，由于在细菌和蓝藻中均能复制、稳定存在和表现选择标记，故被称为穿梭载体(Shuttlevector)。至今，应用于蓝藻遗传转化的供体DNA大体可分为三类:第一类是直接利用未修饰的外源质粒，如pBR322，pBR328等，可将外源DNA导入蓝藻，但效率很低，且对受体需做特殊的处理；第二类是利用自身染色体或基因组，通过同源重组作为插入突变的有效方法，在这方面，海洋蓝藻SynechococcusPCC700Stevens，1980年有过成功尝试，嵌入Strr标记的染色体片段天然转化成功;第三类即是穿梭载体。研究结果表明，穿梭载体是一方便、有效的运载体，海洋蓝藻的遗传转化也大多采用穿梭载体作为中介。蓝藻基因转移系统主要可分为两类：一类是遗传转化，包括自然转化、诱导转化、电击转化。自然转化如聚球藻PCC7002、PCC7942和集胞藻PCC6803等，具有自然吸收外源DNA的能力，然而到目前为止自然转化的机制尚不清楚。诱导转化是利用溶菌酶、Ca2+诱导细胞感受态，或利用溶菌酶EDTA处理产生原生质球用于蓝藻转化。自从1989年Thiel等首次通过电击转化成功地把穿梭表达载体pRL6转入鱼腥藻M131以来，已有一批穿梭表达质粒通过电击在多种蓝藻中转化成功。除了遗传转化另一类便是接合转移，接合转移是目前蓝藻基因转移系统中使用最为普遍的一种方法。它操作较为简单，适用于大多数的单细胞、丝状蓝藻。从Wolk首创鱼腥藻接合转移系统以来，这个系统已被修改并可应用于其它藻株，如念珠藻属、集胞藻属、聚球藻属、织线藻属等。此外，楼士林等也尝试用超声转化蓝藻并取得了一定的成功。现已证明，来自大肠杆...