植物瞬时表达系统的研究进展
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【摘 要】 利用植物作为生物反应器是一个新兴的研究领域。本文概述了植物生物反应器的两个主要的表达体系、病毒载体介导的植物瞬时表达系统在表达外源方面的优势，以及植物瞬时表达侵染技术的研究进展，并阐述了植物生物反应器的发展趋势。
【关键词】 植物生物反应器;转基因植物;重组蛋白质
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
植物作为生物反应器为人类提供了一个更加安全和廉价的生产体系。与所有的生物反应器相比，植物是最廉价的“工厂”。植物所需要的仅是阳光和土壤及水分。另外，植物细胞中绝对不会含有潜在的动物或人类病原。自从1983年Fraley等[1]首次报道将细菌基因导入植物细胞获得成功表达以来，至今已有多种蛋白质在不同植物中成功表达[2-4]。研究表明植物生物反应器具有广阔的应用前景。
1 植物生物反应器的表达系统
植物生物反应器主要有两大表达系统，既稳定表达系统和瞬时表达系统。稳定表达系统是利用稳定遗传转化方法表达和生产重组蛋白质，特点是操作简便，重组蛋白质产物置于种子或块茎中易于保存。如将抗癌基因p53克隆到表达载体，农杆菌遗传转化并在受染植物中表达[5]。由于外源性目的基因整合入植物基因组中，因此外源基因可以在后代中稳定表达。
以植物病毒为载体的瞬时表达系统具有快速的优势。不需要稳定遗传转化，从病毒侵染到高量表达仅需要7-14天。这种表达系统是应用植物病毒在植物中复制、转录和传播。其技术具有简单、快速和产量高等优点。
2 植物瞬时表达系统的研究进展
2.1 病毒表达载体
常用的植物病毒载体包括多烟草花叶病毒 （TMV）、豇豆花叶病毒（ CPMV）、马铃薯X病毒（PVX）等。Lim等[6]通过TMV和ORSV 的启动子分别控制外源性基因和ORSV 衣壳基因的表达，提高了重组蛋白质的表达量。Gleba等研究表明，外源蛋白表达量最高可达植物总可溶性蛋白10%[7]。来源于TMV的病毒病毒载体30B具有表达量高的优点，Yang等利用该载体在植物瞬时表达GFP，表达量达到总可溶性蛋白4.8%[8]。目前，CPMV 表达载体已广泛用于动物保护性疫苗的生产。
2.2 植物受体材料的选择
到目前为止，所涉及的宿主植物主要有：烟草、马铃薯、番茄、芥菜、苜蓿、黑眼豆和水稻等。烟草作为受体材料，因其适合培养，又能够被多种病毒侵染，被人们所青睐。选用马铃薯、西红柿的目的是要进行动物饲喂试验。此外，一些可以直接食用的植物业可以用作受体材料。
2.3 植物瞬时表达的侵染技术
植物瞬时表达系统主要的侵染技术有叶片注射法和真空侵染法。2007年， Liu 等利用叶片注射法在烟草（N.tabacum）中成功地表达了药用蛋白[9]。2008年，Yang等利用根部吸收携带病毒载体和外源基因的农杆菌，在烟草中瞬时表达了绿色荧光蛋白GFP[8]。2011年，Fan等研究利用豌豆发芽种子的真空侵染，成功表达了外源蛋白。2013，杨丽萍等利用种子吸收法在番茄中瞬时表达了外源基因 。2017年，周波等利用根部真空侵染法在烟草中成功表达了药用蛋白 。
3 展望
植物生物反应器具有广阔的应用前景，可以用于生产有医疗价值的抗体、疫苗等蛋白质。选择哪一种侵染技术进行蛋白表达和生产，选用哪一种植物作为宿主，以及如何解决规模化生产的问题等，还有待进一步研究。这些问题的解决，为植物生物反应器的发展和应用奠定扎实的研究基础，将为外源重组蛋白质的生产和应用开辟更广阔的道路。
参考文献：
[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] 李轶女，胡英考，等. 转基因植物基因工程疫苗. 生物技术通报，2002 ，2（4）：11-15.
[5] 李曉东， 曹宛虹， 刘 玲，等. 抗癌基因p53 导入番茄的初步研究[J]. 园艺学报， 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] 杨丽萍， 金太成， 徐洪伟， 李华， 周晓馥.植物中瞬时表达外源基因的新型侵染技术. 遗传， 2013，35（1）：111-117.
[9] 周波， 王悦， 许亚男， 刘雨晴， 孟大伟， 金太成， 杨丽萍. 真菌免疫调节蛋白FIP在烟草中的瞬时表达， 分子植物育种， 2017，15（9）：3497-3501.
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