Page 82 - 《广西植物》2021年第10期

ϟ ᤃ ᤃ ԰ 广জ 西জ 植জ 物 ࿗ϟ 卷
԰ԡ԰ԡɯᤥ 与 ቝᔽᡷᆍఋዶᓂጶશ༁ 技术相比ᖔ 基因 编 辑 器 源基因扩散的风险ଫྉ԰ɯ细胞中叶绿体拷贝数较高
᧕ʛऊାጶ༁ 不降低细胞活力ᖔ不产生 ቝᡷ᧕શዶ 缺失ᖔ不 可使目的基因高水平表达获得大量蛋白ଫྉሕɯ 叶绿
改变 ቝᡷ᧕શዶ 拷贝数ᖔ展示了优秀的安全性和巨大 体基因结构较简单ᖔ可以实现目的基因较精确的
的应 用 前 景ᤥ 最近ᖔ 科研工作者们 已 经 成 功 将 定位在叶绿体基因组上等优点ᤥ 而线粒体参与植
᧕ʛऊାጶ༁ 技术用于拟南芥ܦ莴苣ܦ油菜和水稻的线 物生长过程中的许多重要环节ᖔ与植株育性等农
粒体和叶绿体的基因组编辑ᖔ有效实现了目标基 艺性状有关ᤥऊᥘ୩ 相关基因存在于线粒体 ᧕શዶ
因ऊኼ᥈᥋ఋኼዶ的转换ᤥ 尽管这些创新性的研究在 上ᖔ对相关基因进行编辑可以恢复植株育性用于
细胞器编辑方面已取得了重要进展ᖔ但是仍有许 作物育种ᤥ 线粒体与核之间也具有紧密的联系ᖔ
多挑战需要克服ᖔ如需要有更高的编辑效率和种 研究线粒体基因可进一步了解细胞内及整个植株
质选择能力以适应多种植物的技术 ྉ ᓂᔀᔀ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ 的生命活动机制ᤥ 细胞器基因编辑具有很多的优
԰ԡ԰ϟɯᤥ 同时ᖔዶାጶ༁ 碱基编辑技术在线粒体基因 点ᖔ有巨大的研究价值和研究潜力ᤥ 无论线粒体
组的应用以及如何突破 ऊ኏᧧୩۪኏ ᣰ ऊᑕ༁ 系统转化线 还是叶绿体ᖔ对其基因组的研究都需要更加完善
粒体基因组的瓶颈抑或是开发出其他新的转化技 的基因编辑技术ᖔ相信在不断前行的步伐下ᖔ一定
术等ᖔ都 需 要 研 究 者们进行更多的思考与尝试 会取得更大的突破ᤥ
ྉᓂᔀᔀ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡ԰ϟɯᤥ
相比于线粒体转化ᖔ叶绿体转化早在 ԰ԡ 世纪
ऐԡ 年代就实现了ᖔ但技术上一直没有很大的突破ᤥ 参考文献ᧅ
目前ᖔ基因枪仍然是较为常用的转化方法ᖔ但价格
昂贵且效率不高ଫ۪ጶ᥈ 介导的原生质体转化耗时 ዶ኏᧧ᥘВ኏ዶ ୩᧧ᖔ ዶɟዶାጶ ̀ᖔ ୩В᥈ዶɟዶ ̀ᖔ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡ԰ԡ঎ ఋᑕʢ੫ᔀᡷᔀʛ
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耗力又有物种和组织限制性ᖔ最近的突破就是利
ቝᔽᡷᆍዹၤᆍႿʛʢᔽᑕ᤟ ੫ᔀႿᆍቝᔀ ᆍ஦ ዛʗᐹᤇᔠʐᅳᡓ໧ᔠ໧ ᡙ၊ᐹᤀᔠᐹႥᐹ ᤦᢃ
用纳米材料进行的叶绿体转化ᤥ 这个方法的主要 ቝᔽᡷᆍఋዶᓂጶશ༁ ЏȮ૒঎ ۪᤟ᑕႿᡷ Ȯᖔ ϟԡ࿗ྉᤃɯ᧥ ϟ࿗ጢँͱϟ࿗Ꭾϟ঎
优点就是受物种影响小ᖔ研究人员在菠菜ܦ西洋 ାጶВ኏᧕ጶᓂጶɟ ᥘᖔ ା᧧ጶఋԻ èᖔ ᓂ᧧ Ȯᖔ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡϟሕ঎ ऊᆍቝᡱᑕዹᡷ
菜ܦ烟草ܦ芝麻菜和拟南芥中都进行了测试ᤥ 同 ʛᔀ༁ᔽ੫Ⴟᔀʢ ఋዶᓂጶશ༁ ஦ᆍʢ ᔀ஦஦ᔽዹᔽᔀႿᡷ ੫ᔀႿᆍቝᔀ ᔀႿ੫ᔽႿᔀᔀʢᔽႿ੫ ЏȮ૒঎ શᑕᡷ
时ᖔ这项技术不只限于碳纳米管ᖔ还有可能扩展到 ऊᆍቝቝࣼႿᖔ ࿗ྉϟɯ᧥ ϟᎮᤃ԰঎ ᧕ᨃ᧧᧥ ϟԡ঎ϟԡሕऐᣰ Ⴟዹᆍቝቝ༁԰Ꭾऐ԰঎
ାᨃશዶۼ᧧ఋԻ શ᧕ᖔ ዶ᧧શᓂጶɟ ۼᥘᖔ ᧧ఋዶɟዶ ዶᖔ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡϟँ঎ ԻᔽႿዹ
其他类型的纳米材料ᤥ 另外ᖔ由于该方法仅对叶
஦ᔽႿ੫ᔀʢ Ⴟࣼዹ᤟ᔀᑕ༁ᔀ᥋ቝᔀʛᔽᑕᡷᔀʛ ᡷᑕʢ੫ᔀᡷᔽႿ੫ ᆍ஦ ቝࣼ᤟ᡷᔽᡱ᤟ᔀ ᡷʢᑕႿ༁੫ᔀႿᔀ༁ ᡷᆍ
绿体进行操作ᖔ叶绿体是母系遗传的ᖔ可以传给后 ᑕႿ ᔀႿʛᆍ੫ᔀႿᆍࣼ༁ ༁ᆍᢃᤦᔀᑕႿ ੫ᔀႿᆍቝᔽዹ ᤟ᆍዹࣼ༁ ׹ᔽᑕ ႿᆍႿ᥋ၤᆍቝᆍ᤟ᆍ੫ᆍࣼ༁
代ᖔ却不会转移到其他植物物种ᖔ这也是一大优 ᔀႿʛ ᢼᆍᔽႿᔽႿ੫ ЏȮ૒঎ ۪᤟ᑕႿᡷ ାᔽᆍᡷᔀዹၤႿᆍ᤟ Ȯᖔ ϟᎮྉ࿗ɯ᧥ ᎮጢԡͱᎮᤃϟ঎
势ᤥ 同时ᖔ该研究提出的方法或可结合核酸酶介 ାᨃɟ̀ዶશ ᧕ᖔ ᧕ዶશ᧧ጶᓂᓂ ̀ᖔ ԰ԡϟϟ঎ ᓂᆍऔ᥋ዹᆍ༁ᡷ ᡱʢᆍʛࣼዹᡷᔽᆍႿ ᆍ஦
ᡱʢᆍᔽႿ༁ࣼ᤟ᔽႿ ᔽႿ ᡷᆍᤦᑕዹዹᆍ ᑕႿʛ ᤟ᔀᡷᡷࣼዹᔀ ዹၤ᤟ᆍʢᆍᡱ᤟ᑕ༁ᡷ༁ ஦ᆍʢ ᔽႿᢼᔀዹᡷᑕᤦ᤟ᔀ
导的基因编辑技术ᖔ用于叶绿体基因编辑ᤥ 由于
ᆍʢ ᆍʢᑕ᤟ ʛᔀ᤟ᔽ׹ᔀʢᢃ ᆍ஦ ஦ࣼႿዹᡷᔽᆍႿᑕ᤟ ᔽႿ༁ࣼ᤟ᔽႿ ᑕႿʛ ऊ᥋ᡱᔀᡱᡷᔽʛᔀ Џ Ȯ૒঎
很多植物再生的外植体不是绿色组织ᖔ比如下胚 ۪᤟ᑕႿᡷ ାᔽᆍᡷᔀዹၤႿᆍ᤟ Ȯᖔ ँྉጢɯ᧥ ጢऐጢͱጢँऐ঎
轴ܦ子叶柄ܦ幼胚等ᖔ只含有前质体或有色体ᖔ这些 ऊዶ኏኏ᨃᓂᓂ ᧕ᖔ ԰ԡϟϟ঎ ᥈ᔀႿᆍቝᔀ ᔀႿ੫ᔽႿᔀᔀʢᔽႿ੫ औᔽᡷၤ झᔽႿዹ᥋஦ᔽႿ੫ᔀʢ
质体和叶绿体在体积上ᖔ基因表达调控上都有很 Ⴟࣼዹ᤟ᔀᑕ༁ᔀ༁ ЏȮ૒঎ ᥈ᔀႿᔀᡷᔽዹ༁ᖔ ϟऐऐྉ࿗ɯ᧥ ᎮᎮሕͱᎮऐ԰঎
大差异ᖔ因此基因枪介导的转化ᖔ很难将质粒递送 ऊ̀ዶ኏ ୩શᖔ ɟዶશ᥈ ାᖔ ԰ԡ԰ԡ঎ ᥈ᔀႿᆍቝᔀ ᔀʛᔽᡷᔽႿ੫ ᔽႿ ੫ʢᑕ༁༁ ᡱ᤟ᑕႿᡷ༁
ЏȮ૒঎ᑕା᧧ᨃఋጶऊ̀ᖔ ϟྉጢɯ᧥ ࿗ϟͱጢᎮ঎
到这些外植体中去ᖔ即使递送进去了ᖔ基因也很难 ऊ̀ጶશ᥈ Իᣮᖔ ୩Вશ ɟᖔ ɟዶશ᥈ ୩̀ᖔ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡ԰ϟ঎ ጶ༁ᡷᑕᤦ᤟ᔽ༁ၤᔽႿ੫ ᔠႥ
正常表达ᤥ 而目前主要的农作物ᖔ例如水稻ྉ 成熟 ᡓᤀᐹႥᡙᐹ ၤᑕᡱ᤟ᆍᔽʛ ᔽႿʛࣼዹᔀʢ ᤟ᔽႿᔀ ᤦᢃ ᔀʛᔽᡷᔀʛ ୒ᔠ᤹௴ᒦ ᔽႿ ஦ᆍ଴ᡷᑕᔽ᤟ ቝᔽ᤟᤟ᔀᡷ
胚ɯܦ玉米ܦ小麦ྉ 幼胚ɯܦ棉花ྉ 下胚轴ɯܦ油菜ྉ 下 ྉ୒ᓣᡙᐹʗᔠᐹ ᔠᡙᐹᤀᔠዞᐹ ɯ Џ Ȯ ૒঎ ۪᤟ᑕႿᡷ ାᔽᆍᡷᔀዹၤႿᆍ᤟ Ȯᖔ ϟँ ྉ ᤃ ɯ᧥
胚轴ɯ做转化时ᖔ外植体都不是绿色的ᤥ 烟草ܦ番 ϟԡऐँͱϟԡँϟ঎
ऊВ኏ఋ᧧શ ୩Ȯᖔ Ի̀ዶશ᥈ èᖔ ୩ዶશ᧕ጶ኏ Ȯ᧕ᖔ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡϟϟ঎ ఋᑕʢ੫ᔀᡷᔀʛ
茄ܦ生菜这三个叶绿体转化很成功的作物ᖔ都是用
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绿色叶片作为外植体进行转化ᖔ之后通过器官发 Ⴟࣼዹ᤟ᔀᑕ༁ᔀ༁ ЏȮ૒঎ ۪᤟ᑕႿᡷ ۪ၤᢃ༁ᔽᆍ᤟ᖔ ϟጢᤃྉ԰ɯ᧥ ࿗ᤃᤃͱ࿗Ꭾሕ঎
生途径获得再生植株ᤥ 因此ᖔ如何在不同植物中 ᧕ዶશ᧧ጶᓂᓂ ̀ᖔ ԰ԡ԰ԡ঎ èʢᆍቝ ዹᆍႿዹᔀᡱᡷᔽᆍႿ ᡷᆍ ऊᨃ჆᧧᧕᥋ϟँ᧥ ᑕႿ ᑕʢʛࣼᆍࣼ༁
建立以叶片为外植体的再生系统是进行叶绿体转 ᢼᆍࣼʢႿᔀᢃ ᆍ஦ ᡷʢᔽᤦࣼ᤟ᑕᡷᔽᆍႿ༁ ᆍ஦ ʢᑕዹᔽ༁ቝ ᑕႿʛ ᡷʢᔽࣼቝᡱၤ༁ Џ Ȯ૒঎ ۪᤟ᑕႿᡷ
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化的重要前提ଫ同时开发在非绿色组织中高效表
᧕ዶશ᧧ጶᓂᓂ ̀ᖔ ऊ̀ዶશ ̀ఋᖔ ۪ዶ୩ᨃ኏ጶऊ᣽ ጶ᣽ᖔ ԰ԡϟᤃᑕ঎ ჆ᑕዹዹᔽႿᑕᡷᔽᆍႿ
达的调控元件也是实现叶绿体转化的重要基础ᤥ ׹ᔽᑕ ዹၤ᤟ᆍʢᆍᡱ᤟ᑕ༁ᡷ ੫ᔀႿᔀᡷᔽዹ༁᧥ ᑕ஦஦ᆍʢʛᑕᤦ᤟ᔀ ᡱʢᆍᡷᔀᔽႿ ʛʢࣼ੫༁ ஦ᆍʢ ᡷၤᔀ
虽然对细胞器基因编辑的研究困难重重ᖔ进 ᡱʢᔀ׹ᔀႿᡷᔽᆍႿ ᑕႿʛ ᡷʢᔀᑕᡷቝᔀႿᡷ ᆍ஦ ᔽႿၤᔀʢᔽᡷᔀʛ ᆍʢ ᔽႿ஦ᔀዹᡷᔽᆍࣼ༁ ၤࣼቝᑕႿ
度缓慢ᖔ且研究者较少ᖔ但是事实上ᖔ与核基因组 ʛᔽ༁ᔀᑕ༁ᔀ༁ ЏȮ૒঎ ዶႿႿ ኏ᔀ׹ ᥈ᔀႿᔀᡷᖔ ጢԡ᧥ ጢँጢͱᤃϟऐ঎
相比ᖔ线粒体和叶绿体基因组在进行基因编辑时 ᧕ዶશ᧧ጶᓂᓂ ̀ᖔ Ȯ᧧શ ୩ᣮᖔ Ի̀В ᣮ᥈ᖔ ᔀᡷ ᑕ᤟঎ᖔ ԰ԡ԰ϟ঎ ᥈ʢᔀᔀႿ ੫ᔽᑕႿᡷᗵᑕ
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具有许多的优势ᤥ 如叶绿体基因组作为插入基因
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载体的优点᧥ྉϟɯ 叶绿体是母系遗传ᖔ可以减少外 Ȯᖔ ϟँྉሕɯ᧥ ࿗ሕԡͱ࿗࿗Ꭾ঎