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基因组学与医学生物学
(
网络版
), 2012
年
,
第
1
卷
,
第
7
-
17
页
Jiyinzuxue Yu Yixue Shengwuxue (Online), 2012, Vol.1, 7
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9
粒或钨粒表面，然后在高压作用下被高速射入受体细
胞或组织。这一方法适合于不同植物，转化频率高。
应用基因枪法已成功进行十多种植物的叶绿体转化
(Wang et al., 2009),
如烟草
(Nicotiana tabacum)
、拟南
芥
(Arabidopsis thaliana)
、番茄
(Solanum lycopersicum)
、
胡萝卜
(Daucus carota)
、莴苣
(Lactuca sativa)
、油菜
(Brassica campestris)
等，其中转化效率最高的是模式
植物烟草，这一定程度上取决于受体植物是否拥有高
频率的离体再生体系。
1.3
叶绿体遗传转化的优势
植物叶绿体转化是将外源基因插入叶绿体基因
组中进行表达，它具有核转化不具备的独特优势
(Maliga, 2002; Wang et al., 2009; Bock and Warzechr,
2010; Maliga and Bock, 2011; Cui et al., 2011)
：
(1)
叶绿
体基因组的高拷贝性使外源基因的表达水平高；
(2)
外源基因的定点整合能较好地解决
“
顺式失活
”
、
“
位
置效应
”
等类的基因沉默问题；
(3)
叶绿体基因组的原
核特性使外源基因可以原核方式表达，这为多基因操
作提供了方便，可以多顺反子形式向叶绿体基因组中
同时引入多个外源基因；
(4)
大多数植物的叶绿体基因
呈单亲母性遗传方式，使得外源基因不会随花粉飘
逸。叶绿体遗传转化的独特优势使其成为植物基因工
程发展的新方向和科研工作者研究的热点之一，并在
应用研究领域也得到了迅速发展。
2
叶绿体遗传转化技术用于疫苗表达的研究
进展
综合国内外文献，可将叶绿体转化应用研究划分
为两大方向：一是利用叶绿体转化技术对农作物的重
要农艺性状进行改良，二是通过叶绿体转化表达量高
的优势作生物反应器表达疫苗和药用蛋白等生物制
剂。本文主要就叶绿体遗传转化技术在疫苗表达研究
方面的最新进展进行综述。
外源基因在叶绿体中的表达效率高，以植物叶绿
体作为生物反应器生产疫苗和药用蛋白等生物制剂
研究已逐渐成为叶绿体基因工程研究的新亮点。烟草
既不是粮食也不是饲料，且因其生物量大，离体再生
及转化效率高，而成为最常用也是最成功的受体植物
材料，目前已知的大多数生物制剂和疫苗均采用烟草
作为受体材料。
2.1
疫苗抗原的高效表达
叶绿体基因组的巨大拷贝数使得叶绿体转化相
对于核转化具有更高的转化频率。在构建叶绿体表达
载体时，使用叶绿体来源的强启动子和特定的
5’
、
3’
调控序列使得目的基因高水平的转录和翻译。以上两
点保证了目的基因在叶绿体中的高效表达，实现了蛋
白质的高水平积累
(Chebolu and Daniell, 2009)
。
2003
年，
Tregoning
等
(2003)
首次在烟草叶绿体中成功表达
破伤风病毒蛋白多肽
TetC
，开启了叶绿体转化高效表
达疫苗抗原的的大门，
TetC
累积量占总可溶性蛋白
(total soluble proteins, TSP)
的
25%
。此后，研究者们进
行了一系列的尝试并获得一定成功。例如：变形虫病
疫苗：
7% TSP (Chebolu and Daniell, 2007)
；人乳头瘤
病毒：
20%~26%TSP (Millan et al., 2008)
；口蹄疫病毒：
51% TSP (Lentz et al., 2010)
；金黄色葡萄球菌疫苗：
23% TSP (Dreesen et al., 2010)
；炭疽病毒抗原：
5.3%
TSP (Gorantala et al., 2011)
等。通常，
1% TSP
的蛋白
累积量被作为商业化生产的门槛
(Fischer et al., 2004)
。
目前为止，在叶绿体转化中成功表达的疫苗抗原，已
有许多达到商业化水平。所以，叶绿体转化中外源蛋
白高效表达的突破使得疫苗抗原大规模生产成为可
能
(Chebolu and Daniell, 2009)
。近来，
Michous
等
(2011)
在叶绿体转化
TetC
的研究中突破传统的转基因疫苗
仅在叶片才高效表达的观念，开发了一种新的平台：
将转基因细胞的悬浮培养过程置于一种短时浸没生
物反应器中，用以
MS0
为介质 的
0.1 µmol/L
噻苯隆
对转基因细胞进行短时间隔处理，培养后
TetC
可达
8% TSP
。
2.2
生产疫苗抗原的物种扩展
烟草作为植物界的
“
果蝇
”
，具有繁殖系数高，单
株产量高，组培体系成熟，遗传背景清楚，基因易操
作等优点，已被证明为叶绿体转化的最佳平台。但烟
草不能食用，且含有生物碱和尼古丁等有害物质，固
不适合可食用疫苗的开发。唯一例外的烟草
“81V9”
品系，但其中仍含有少量的生物碱等
(Menassa et al.,
2001)
。在对模式植物烟草的研究获得丰富经验之后，
研究者的目光转移到可食用植物上。当
Kumar
等
(2004)
成功建立稳定、高效的胡萝卜叶绿体转化体系
时，胡萝卜以其独特的优势被认为是生产可食用疫苗
的理想材料：两年生植物胡萝卜第一年不开花即可收
获块状根的特性使其作为叶绿体转化受体不会造成
污染；而单细胞起源的胡萝卜体细胞胚胎利用人造种
子技术可冷藏保存数年时间。但实际中，胡萝卜较慢
的再生速度成为其应用最大的障碍。在对番茄的叶绿
体转化中，人类免疫缺陷病毒
(HIV) p24
抗原在成熟