植物瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng)的研究進(jìn)展

【摘? ?要】 利用植物作為生物反應(yīng)器是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。本文概述了植物生物反應(yīng)器的兩個(gè)主要的表達(dá)體系、病毒載體介導(dǎo)的植物瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng)在表達(dá)外源方面的優(yōu)勢(shì)，以及植物瞬時(shí)表達(dá)侵染技術(shù)的研究進(jìn)展，并闡述了植物生物反應(yīng)器的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】 植物生物反應(yīng)器;轉(zhuǎn)基因植物;重組蛋白質(zhì)

Research Progress of Plant transient expression system

Yang Liping

（School of Life Sciences， Jilin normal University， Siping， Jilin? ?136000）

[Abstract] The use of plant as a bioreactor is a new research field. In this paper， the two main expression 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 technology were reviewed. The development trend of plant bioreactor was also described.

[Keywords] plant bioreactor; transgenic plant; recombinant protein

植物作為生物反應(yīng)器為人類提供了一個(gè)更加安全和廉價(jià)的生產(chǎn)體系。與所有的生物反應(yīng)器相比，植物是最廉價(jià)的“工廠”。植物所需要的僅是陽光和土壤及水分。另外，植物細(xì)胞中絕對(duì)不會(huì)含有潛在的動(dòng)物或人類病原。自從1983年Fraley等[1]首次報(bào)道將細(xì)菌基因?qū)胫参锛?xì)胞獲得成功表達(dá)以來，至今已有多種蛋白質(zhì)在不同植物中成功表達(dá)[2-4]。研究表明植物生物反應(yīng)器具有廣闊的應(yīng)用前景。

1? 植物生物反應(yīng)器的表達(dá)系統(tǒng)

植物生物反應(yīng)器主要有兩大表達(dá)系統(tǒng)，既穩(wěn)定表達(dá)系統(tǒng)和瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng)。穩(wěn)定表達(dá)系統(tǒng)是利用穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化方法表達(dá)和生產(chǎn)重組蛋白質(zhì)，特點(diǎn)是操作簡便，重組蛋白質(zhì)產(chǎn)物置于種子或塊莖中易于保存。如將抗癌基因p53克隆到表達(dá)載體，農(nóng)桿菌遺傳轉(zhuǎn)化并在受染植物中表達(dá)[5]。由于外源性目的基因整合入植物基因組中，因此外源基因可以在后代中穩(wěn)定表達(dá)。

以植物病毒為載體的瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng)具有快速的優(yōu)勢(shì)。不需要穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化，從病毒侵染到高量表達(dá)僅需要7-14天。這種表達(dá)系統(tǒng)是應(yīng)用植物病毒在植物中復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和傳播。其技術(shù)具有簡單、快速和產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)。

2? 植物瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng)的研究進(jìn)展

2.1? 病毒表達(dá)載體

常用的植物病毒載體包括多煙草花葉病毒 （TMV）、豇豆花葉病毒（ CPMV）、馬鈴薯X病毒（PVX）等。Lim等[6]通過TMV和ORSV 的啟動(dòng)子分別控制外源性基因和ORSV 衣殼基因的表達(dá)，提高了重組蛋白質(zhì)的表達(dá)量。Gleba等研究表明，外源蛋白表達(dá)量最高可達(dá)植物總可溶性蛋白10%[7]。來源于TMV的病毒病毒載體30B具有表達(dá)量高的優(yōu)點(diǎn)，Yang等利用該載體在植物瞬時(shí)表達(dá)GFP，表達(dá)量達(dá)到總可溶性蛋白4.8%[8]。目前，CPMV 表達(dá)載體已廣泛用于動(dòng)物保護(hù)性疫苗的生產(chǎn)。

2.2? 植物受體材料的選擇

到目前為止，所涉及的宿主植物主要有：煙草、馬鈴薯、番茄、芥菜、苜蓿、黑眼豆和水稻等。煙草作為受體材料，因其適合培養(yǎng)，又能夠被多種病毒侵染，被人們所青睞。選用馬鈴薯、西紅柿的目的是要進(jìn)行動(dòng)物飼喂試驗(yàn)。此外，一些可以直接食用的植物業(yè)可以用作受體材料。

2.3? 植物瞬時(shí)表達(dá)的侵染技術(shù)

植物瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng)主要的侵染技術(shù)有葉片注射法和真空侵染法。2007年， Liu 等利用葉片注射法在煙草（N.tabacum）中成功地表達(dá)了藥用蛋白[9]。2008年，Yang等利用根部吸收攜帶病毒載體和外源基因的農(nóng)桿菌，在煙草中瞬時(shí)表達(dá)了綠色熒光蛋白GFP[8]。2011年，F(xiàn)an等研究利用豌豆發(fā)芽種子的真空侵染，成功表達(dá)了外源蛋白。2013，楊麗萍等利用種子吸收法在番茄中瞬時(shí)表達(dá)了外源基因 。2017年，周波等利用根部真空侵染法在煙草中成功表達(dá)了藥用蛋白 。

3? 展望

植物生物反應(yīng)器具有廣闊的應(yīng)用前景，可以用于生產(chǎn)有醫(yī)療價(jià)值的抗體、疫苗等蛋白質(zhì)。選擇哪一種侵染技術(shù)進(jìn)行蛋白表達(dá)和生產(chǎn)，選用哪一種植物作為宿主，以及如何解決規(guī)模化生產(chǎn)的問題等，還有待進(jìn)一步研究。這些問題的解決，為植物生物反應(yīng)器的發(fā)展和應(yīng)用奠定扎實(shí)的研究基礎(chǔ)，將為外源重組蛋白質(zhì)的生產(chǎn)和應(yīng)用開辟更廣闊的道路。

參考文獻(xiàn)：

[1] Fraley RT， Rogers SG， Horsch RB， et al. Expression of bacte-rial genes in plant cells[J]. Proc Natl Acad Sci USA， 1983， 80?（15）： 4803-4807.

[2] Ehsani P， Meunier A， Nato F， et al. Expression of anti human?IL-4 and IL-6 scFvs in transgenic tobacco plants[J]. Plant?Mol Biol， 2003， 52 （1）： 17-29.

[3] Desai UA， Sur G，Dauner TS， et al. Expression and affinity?purification of recombinant proteins from plants[J]. Protein?Expre Purifi， 2002， 25（1）： 195-202.

[4] 李軼女，胡英考，等. 轉(zhuǎn)基因植物基因工程疫苗. 生物技術(shù)通報(bào)，2002 ，2（4）：11-15.

[5] 李曉東， 曹宛虹， 劉 玲，等. 抗癌基因p53 導(dǎo)入番茄的初步研究[J]. 園藝學(xué)報(bào)， 2001， 28（4）： 356-358.

[6] Lim AA， Tachibana S， Watanabe Y， et al. Expression and pu-? ? ?rification of a neuropeptide nocistatin using two related plant?viral vectors[J]. Gene， 2002， 289（1-2）： 69-79.

[7] Gleba Y，Klimyyuk V， Marillonnet S， et al. Magnifection-a?new platform for? Expressing recombinant vaccines in plant.Vaccine，2005，23：2042-2048.

[8]? 楊麗萍， 金太成， 徐洪偉， 李華， 周曉馥.植物中瞬時(shí)表達(dá)外源基因的新型侵染技術(shù). 遺傳， 2013，35（1）：111-117.

[9]? 周波， 王悅， 許亞男， 劉雨晴， 孟大偉， 金太成， 楊麗萍. 真菌免疫調(diào)節(jié)蛋白FIP在煙草中的瞬時(shí)表達(dá)， 分子植物育種， 2017，15（9）：3497-3501.