杜氏盐藻基因工程研究现状及应用前景

摘要 杜氏盐藻 (简称盐藻 )作为一种新型生物反应器, 成为藻类基因工程的研究热点之一。利用基因工程手段对盐藻进行遗传重组改造以生产外源性物质是目前研究的重要领域。从盐藻相关基因的克隆、cDNA文库的建立、基因组文库的构建、筛选标记的确立和外源基因的表达等五个方面概述了国内外盐藻基因工程的研究进展, 并对基因工程技术在盐藻深入研究中的应用作了前景展望。

关键词 杜氏盐藻 基因工程 研究现状 应用前景

中图分类号 Q819

收稿日期: 2006-11-14 修回日期: 2006-12-18

目前, 随着全球在医药和工业等领域对重组蛋白需求的日益增加, 不同的生物反应器充分显示出其应用价值。随着 DNA重组技术的完善和成熟化, 以活体细胞和微生物为基础的新型生物反应器也随之增加。盐藻 (Dunaliella salina)作为一种新型的生物反应器(本研究室已取得国家发明专利, 编号 00131217. 0), 其本身具有许多独特的优点。

如: 盐藻没有细胞壁, 利于遗传转化操作; 盐藻培养条件简单, 高效低廉; 盐藻适合高盐环境培养, 避免其它微生物的污染; 盐藻富含胡萝卜素和甘油, 具有极高的营养价值和商业价值; 盐藻属于真核生物, 具有转录和翻译后的加工能力, 能产生高活性近天然的功能蛋白; 盐藻本身无毒无害, 可直接作为天然保健食品等等。由此可见, 盐藻具有其它生物反应器无可比拟的优点, 从而吸引了更多藻类学家和分子生物学研究者的关注。

由于最近几年对盐藻生物反应器的热门研究, 使得研究结果迅速增加。同时, 结合本研究室近年来从事盐藻基因工程的研究工作, 作者从盐藻相关基因的克隆、cDNA文库的建立、基因组文库的构建、筛选标记的确立和外源基因的表达等五个方面全面概述了国内外盐藻基因工程的研究现状, 并对基因工程技术在盐藻深入研究中的应用作了前景展望, 希望为盐藻基因工程的研究工作提供参考价值。

1. 研究现状

1. 1 相关基因的克隆

目前, 盐藻相关基因的克隆多集中于盐藻耐盐基因和胡萝卜素的生产上。由于盐藻是最为耐盐的生物之一, 它可以在 0. 5~ 5. 0mol /L的盐浓度中生长, 使其成为研究耐盐机制的理想生物模型。当前盐藻耐盐机制的研究已涉及到基因工程手段的参与, 通过基因工程技术分离鉴定盐藻耐盐基因对提高作物的耐盐性,培育耐盐新品种等都具有重要意义。

通过RACE 和 SSH 技术克隆得到了盐藻果糖 -1, 6-二磷酸醛羧酶 cDNA, 对其 N端修饰后转化大肠杆菌, 表达产物能够提高盐藻的耐盐性。同时, 该基因还成功进行了转化烟草的表达分析。

前景展望

当前, 我国政府高度重视海洋资源的开发, 海洋藻类资源十分丰富,且在生物链中处于举足轻重的地位,使得藻类成为开发利用的重点对象之一。利用基因工程手段对盐藻进行重组改造也将成为藻类开发的热点之一, 展望基因工程技术在盐藻深入研究中的应用表现为以下几个方面:

( 1)盐藻反应器自身的优化和完善。盐藻作为一种的新型的生物反应器, 目前还不能真正生产外源性物质。究其原因在于盐藻基因工程操作的各个环节上, 如: 强启动子的筛选、高效转化载体的构建、最佳转化方法的确立等等。为此, 利用基因工程手段完善和健全盐藻反应器是目前亟待解决的任务和环节, 盐藻反应器的完善和优化是盐藻成为真正高效的生产体系的前提保证。

(2)盐藻耐盐机制和自身天然产物的生产研究。由于盐藻是研究耐盐机理的一种极好模式生物, 借助于基因工程手段对盐藻进行耐109中国生物工程杂志 China Biotechnology Vol. 27 No. 2 2007盐机制的研究仍为重要的方向之一。耐盐机制的阐明对于提高农作物的耐盐性、培育耐盐的新品种、对于废弃土地的开发和全球生态环境的改善等都具有不可估量的意义。另外, 可借助于转基因技术增加甘油的产量, 开发作为一代新型的节能环保燃料; 也可以改变胡萝卜素的构型,开发出健康的绿色食品或保健品。

(3)盐藻作为反应器生产外源性物质。盐藻作为新型的反应器出发点和根本点是利用基因工程技术对其进行改造来生产所需的外源性蛋白。如抗体、抗生素和疫苗的生产, 能够广泛地应用于人类、畜禽和其它物种疾病的预防和治疗。