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中国生物工程杂志

CHINA BIOTECHNOLOGY
中国生物工程杂志
中国生物工程杂志  2010, Vol. 30 Issue (03): 105-111    
综述     
蓝藻基因工程应用研究进展
席超1,王春梅1**,施定基2,3
1.北京中医药大学中药学院生物制药系 北京 100102
2.天津科技大学海洋科学与工程学院 天津 300450
3.中国科学院植物研究所 北京 100093
Advances on Cyanobacteria Genetic Engineering Applications
1.Department of Biopharmaceuticals, School of Materia Medica, Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100102,China
2.School of Marine Science and Engineering, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300450,China
3.Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093,China
 全文: PDF(521 KB)   HTML
摘要：

作为新的基因工程表达宿主，蓝藻以其独特的优势正逐渐引起人们的关注，自20世纪90年代以来，蓝藻已经形成了一套稳定的基因转化体系，20多年来已有30多种外源基因在蓝藻中表达成功。蓝藻表达系统将来有希望在制备重组药物、治理环境污染、农药生产等方面得到广泛应用。对蓝藻基因工程的发展及其在医药、环保、农业、生物传感器等方面的应用研究作一综述。最后分析了蓝藻基因工程发展的瓶颈表达效率低的问题，总结了研究者所作的努力：基因和剂型的选择、转录翻译元件的调控、宿主生理状态的调控等。
关键词： 蓝藻;  基因工程;  表达系统    
Abstract:

Cyanobacteria are used as a host of gene engineering to express foreign gene, their unique properties gradually attracting scientists' attention. The stable cyanobacteria transformation system has been constructed since 1990. In the past 20 years, more than 30 foreign genes have been successfully expressed in cyanobacteria. With the further investigation, cyanobacteria transgenic expression system has the potential to be extensively used for production of recombinant drugs, clean energy resources,  farm chemical and for preventing the environment pollution et al. This review summed up the development of cyanobacteria genetic engineering and their uses in medicine, environment, agriculture and biosensor. Then, this review analyzed the development bottlenecks of the cyanobacteria transgenic engineering, the low expression rate of the foreign gene in cyanobacteria. Finally，it summarized the efforts that many scientists have made to improve the low expression rate, including: choosing high efficient gene and oral preparation, optimize transcription and translation component, adjust the host cell`s physiological state, et al.
Key words: Cyanobacteria    Genetic Engineering    Expression system
收稿日期: 2009-10-21 出版日期: 2010-03-25
基金资助:

国家“973”计划（2007CB512605）、教育部留学回国人员科研启动基金资助项目
通讯作者: 王春梅     E-mail: wchunmei@126.com
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席超
王春梅
施定基

引用本文:

席超 王春梅 施定基. 蓝藻基因工程应用研究进展[J]. 中国生物工程杂志, 2010, 30(03): 105-111.

XI Chao, WANG Chun-Mei, SHI Ding-Ji. Advances on Cyanobacteria Genetic Engineering Applications. China Biotechnology, 2010, 30(03): 105-111.

链接本文:

https://manu60.magtech.com.cn/biotech/CN/    或    https://manu60.magtech.com.cn/biotech/CN/Y2010/V30/I03/105

［1］ Vioque A. Transformation of cyanobacteria. Adv Exp Med Biol, 2007, 616: 1222. 
［2］ 魏兰珍，马为民，王全喜，等．蓝藻基因转移系统的选择与建立.中国生物工程杂志，2004，24（1）：1822. Wei L Z, Ma W M, Wang Q X, et al. China Biotechnology, 2004, 24(1): 1822. 
［3］ 陈翠丽，郭俊霞，宗伟，等. 蓝藻结合转移系统以及相关因素.北京联合大学学报，2007，12（4）：3841. Chen C L, Guo J X, Zong W, et al. Journal of Beijing Union University(Natural Sciences), 2007, 12(4): 3841. 
［4］ 楼士林，杜志强，吴巧娟．重组质粒pPRS1超声转化蓝藻Chroococcus sp．的研究.厦门大学学报，1995，34（4）：619623. Lou S L, Du Z Q, Wu Q J. Journal of Xiamen University(Natural Science), 1995, 34(4): 619623. 
［5］ Murakami R, Miyake A, Iwase R, et al. ATPase activity and its temperature compensation of the cyanobacterial clock protein KaiC. Genes Cells, 2008, 13(4): 387395. 
［6］ 秦京东，邵宁，施定基，等. 聚球藻7942高效泌氨突变种的获得及其泌氨、谷氨酰胺合成酶活性、光合和生长.植物学报，1999，41（1）：6570. Qin J D, Shao N, Shi D J,et al. Acta Botanica sinica, 1999, 41(1): 6570. 
［7］ Koksharova O A, Wolk C P. Genetic tools for cyanobacteria. Appl Microbiol Biotechnol, 2002, 58: 123137. 
［8］ Tandeau de Marsac N, de la Torte F, Szulmajster J. Expression ofthe larvicidal gene of Bacillus sphaericus 1593M in the cyanobacterium Anacystis nidulans R2. Mol Gen Genet, 1987, 209(2): 396398. 
［9］ 徐旭东，孔任秋，胡玉祥. 基因工程杀蚊幼蓝藻的研究.中国媒介生物学及控制杂志，1993，4（4）：244247. Xu X D, Kong R Q, Hu Y X. Chinese Journal of Vector Biology and Control, 1993, 4(4): 244247. 
［10］ 李轩，林晨，张雪燕，等. 转入人肿瘤坏死因子α基因的鱼腥藻IB02(+)的细胞毒活性及其体内抗肿瘤药效学研究.中国医药生物技术，2008，3（5）：350355 Li X, Lin C, Zhang X Y, et al. China Med Biotechnol. 2008, 3(5): 350355. 
［11］ 陈翠丽，施定基. 转人粒细胞集落刺激因子(hGCSF)基因的鱼腥藻的构建.北京联合大学学报(自然科学版)，2005，19（3）：6063. Chen C L, Shi D J. Journal of Beijing Union University, 2005, 19(3): 6063. 
［12］ 楼士林，章军. 蓝藻基因表达载体系统的构建和应用.厦门大学学报，2001，40（2）：586590. Lou S L, Zhang J. Journal of Xiamen University(Natural Science), 2001, 40(2): 586590. 
［13］ 章军，秦燕，欧阳青，等. 蓝藻Synechococcus sp．PCC 7942穿梭表达质粒的构建及胸腺素α1基因的表达.实验生物学报，2003，36（1）：14. Zhang J, Qin Y, OuYang Q, et al. Acta Biologiae Experimentalis Sinica, 2003, 36(1): 14. 
［14］ 戴溦，施定基，张卉，等. 人表皮生长因子(hEGF)基因在蓝藻中的表达.植物学报，2001，43（12）：12601264. Dai w, Shi D J, Zhang H, et al. Acta Botanica Sinica, 2001, 43(12): 12601264. 
［15］ 罗娜，宁叶，施定基，等. 人尿激酶原基因在聚球藻7002中的克隆和表达.植物学报，2000，42（9）：931935. Luo N, Ning Y, Shi D J, et al. Acta Botanica Sinica, 2000, 42(9): 931935. 
［16］ 郭祥学，赵晖，施定基，等. 小鼠金属硫蛋白在聚胞藻中的金属诱导表达与纯化.生物工程学报，1998，14（4）：405411. Guo X X, Zhao H, Shi D J, et al. Chinese Journal of Biotechnology, 1998, 14(4): 405411. 
［17］ 魏兰珍，金锐，马为民，等. hGMCSF基因穿梭表达载体的构建及其在鱼腥藻7120中的克隆.植物研究，2005，25（4）：436440. Wei L Z, Jin R, Ma W M, et al. Bulletin of Botanical Research, 2005, 25(4): 436440. 
［18］ 宋凌云，施定基，宁叶. 用同源重组法将人肝金属硫蛋白突变体ββ基因整合在集胞藻6803中表达.植物学报，2001，43（4）：399404. Song L Y, Shi D J , Ning Y, et al.Acta Botanica Sinica, 2001, 43(4): 399404. 
［19］ Takeshima Y, Takatsugu N, Sugiura M, et al. Highlevel expression of Human Superoxide Dismutase in the Cyanobacterium Anacystis nidulans 6301. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1994, 91(21): 96859689. 
［20］ Harker M, Hirschberg J. Biosynthesis of ketocarotenoids in transgenic cyanobacteria expressing the algal gene for betaC4oxygenase, crtO. FEBS Lett, 1997, 404(23): 129134. 
［21］ Yu R, Yamada A, Watanabe K, et al. Production of eicosapentaenoic acid by a recombinant marine cyanobacterium, Synechococcus sp. Lipids, 2000, 35(10): 10611064. 
［22］ Wada H, Gombos Z, Murata N. Enhancement of chilling tolerance of a cyanobacterium by genetic manipulation of fatty acid desaturation. Nature. 1990, 347(6289): 200203. 
［23］ Erbe J L,Taylor K B,Hall L M. Expression of mouse metallothionein in the cyanobacterium Synechococcus PCC 7942. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 1996, 17(1): 4146. 
［24］ 郭祥学，赵晖，施定基，等. 小鼠金属硫蛋白基因在丝状体蓝藻中的表达及对重金属抗性的提高.植物学报，1998，40（4）：320324. Guo X X, Zhao H, Shi D J, et al. Acta Botanica Sinica, 1998, 40(4): 320324. 
［25］ Chaurasia N, Mishra Y, Rai L C. Cloning expression and analysis of phytochelatin synthase (pcs) gene from Anabaena sp. PCC 7120 offering multiple stress tolerance in Escherichia coli. Biochem Biophys Res Commun, 2008, 376(1): 225230. 
［26］ 陈思嘉，郑文杰，杨芳. 蓝藻对重金属的生物吸附研究进展.海洋环境科学，2006，25（4）：103106. Chen S J, Zheng W J, Yang F. Marine Environmental Science, 2006, 25(4): 103106. 
［27］ Chungjatupornchai W, FaAroonsawat S. Biodegradation of organophosphate pesticide using recombinant Cyanobacteria with surface and intracellularexpressed organophosphorus hydrolase. Journal of Microbiology and Biotechnology, 2008, 18(5): 946951. 
［28］ Kuritz T,Wolk C P. Use of filamentous cyanobacteria for biodegradation of organic pollutants. Appl Environ Microbiol, 1995, 61(1): 234238. ［29］ Kuritz T, Bocanera L V, Rivera N S. Dechlorination of lindane by the cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC7120 depends on the function of the nir operon. Journal of Bacteriology, 1997, 179(10) :33693370. 
［30］ Barton J W, Kuritz T, O’Connor L E, et al. Reductive transformation of methyl parathion by the cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120. Appl Microbiol Biotechnol, 2004,65(3): 330335. 
［31］ Suzuki T,Miyake M, Tokiwa Y, et al. Recombinant cyanobacterium that accumulates poly(hydroxybutyrate). Biotechnology Letters, 1996, 18(9): 10471050. 
［32］ 唐功利，杨春松，鲍建绍，等. 丙糖磷酸异构酶、果糖1,6二磷酸醛缩酶及果糖1,6二磷酸酶的共表达.生物化学与生物物理学报，2001，33（1）：131136. Tang G L, Yang C S, Bao J S, et al. Acta Biochimica et Biophysica Sinica, 2001, 33(1): 131136. 
［33］ 康瑞娟，施定基，丛威，等．果糖1，6二磷酸醛缩酶和丙糖磷酸异构酶共表达对蓝藻光合作用效率的影响.生物工程学报，2004，20（6）：851854. Kang R J, Shi D J, Cong W, et al. Chinese Journal of Biotechnology, 2004, 20(6): 851854. 
［34］ 冯燕，陈晓，施定基，等. 水稻胞质FBA基因在鱼腥藻7120中的表达及其对光合作用的调控.植物研究，2006，26（6）：691698 Feng Y, Chen X, Shi D J, et al. Bulletin of Botanical Research, 2006, 26(6): 691698. 
［35］ Jonathan G. Transgenics are imperative for biofuel crops. Plant Sciences, 2008, 174: 246263. 
［36］ 张学成，张晓辉，徐涤. 蓝藻氢代谢相关酶及其分子生物学研究进展.中国海洋大学学报，2006，36（1）：1925. Zhang X C, Zhang X H, Xu D. Periodical of Ocean University of China, 2006, 36(1): 1925. 
［37］ Peer M S, Skye R, ThomasHall, et al. Second generation biofuels: Highefficiency microalgae for biodiesel production. BioEnergy Research, 2008, 1: 2043. 
［38］ Hu Q, Sommerfeld M, Jarvis E, et al. Microalgal triacylglycerols as feedstocks for biofuel production: perspectives and advances. Plant J, 2008, 54(4): 621639. 
［39］ Savage D F, Way J, Silver P A. Defossiling fuel: how synthetic biology can transform biofuel production. ACS Chem Biol. 2008, 3(1):1316. 
［40］ Dismukes G C, Carrieri D, Bennette N, et al. Aquatic phototrophs: efficient alternatives to landbased crops for biofuels. Curr Opin Biotechnol. 2008, 19(3):235240. 
［41］ Van Hulten M C, Witteveldt J, Snippe M, et a1. White spot syndrome virus envelope protein VP28 is involved in the systemic infection of shrimp. Virology, 2001, 285(2): 228233. 
［42］ 张春莉，施定基，黄倢，等.白斑综合症病毒(WSSV)囊膜蛋白VP28基因的克隆及在蓝藻中表达载体的构建.海洋科学，2003，27（2）：7276. Zhang C L, Shi D J, Huang J, et al. Marine Sciences, 2003, 27(2): 7276. 
［43］ 邓元告，侯李君，邓丽珍，等. 对虾白斑病毒VP28基因在聚球藻中的表达与分析.天津科技大学学报，2008，23（1）：2932. Deng Y G, Hou L J, Deng L Z, et al. Journal of Tianjin University of Science & Technology, 2008, 23(1): 2932. 
［44］ 王春梅. 花叶病毒外壳蛋白致病机理研究. 杨凌：西北农业大学农学院，1999. Wang C M. The mechanism of mosaic viruses CP in the development of mosaic symptom. Yangling:Northwestern Agricultural University Agricultural College,1999. 
［45］ Manasherob R, OtienoAyayo Z N, BenDov E, et al. Enduring toxicity of transgenic Anabaena PCC7120 expressing mosquito larvicidal genes from Bacillus thuringiensis ssp. Israelensis. Environ Microbiol, 2003, 5(10): 9971001. 
［46］ Shao C Y, Howe C J, Porter A J, et al. Novel cyanobacterial biosensor for detection of herbicides. Applied and environmental microbiology, 2002, 68(10): 50265033. 
［47］ Ivanikova N V, McKay R M L, Bullerjahn G S, et al. Nitrate utilization by phytoplankton in Lake Superior is impaired by low nutrient (P, Fe) availability and seasonal light limitation  A cyanobacterial bioreporter study. Journal of Phycology, 2007, 43(3): 475484. 
［48］ Eriksen N T. The technology of microalgal culturing. Biotechnol Lett, 2008, 30(9): 15251536. 
［49］ 朱学义，张明华，章华西，等. 葡萄糖浓度对转人肿瘤坏死因子α鱼腥藻IB02培养过程的影响.生物技术通讯，2008，19（2）：255258. Zhu X Y, Zhang M H, Zhang H X, et al. Letters in Biotechnology, 2008, 19 (2): 255258. 
［50］ Elhai J.Strong and regulated promoters in the cyanobacterium Anabaena PCC 7120. FEMS Microbiol lett, 1993, 114(2): 179184. 
［51］ 魏兰珍，谭玮，王全喜. 启动子Pcpcβ提高鱼腥藻7120中hGMCSF基因表达效率的研究.西北植物学报，2008，28（1）：3742. Wei L Z, Tan W, Wang Q X. Acta Botanica BorealiOccidentalia Sinica, 2008, 28(1): 3742. 
［52］ 欧阳叶新，施定基，梁承邺，等. 高温和红光诱导的鱼腥藻7120短藻丝体中TNFα基因表达效率的提高.武汉植物学研究，2003，21(4)：301307. OuYang Y X, Shi D J, Liang C Y, et al. Journal of Wuhan Botanical Research, 2003, 21(4): 301307.
[1] 李冰,张传波,宋凯,卢文玉. 生物合成稀有人参皂苷的研究进展*[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(6): 71-88.
[2] 王惠临,周凯强,朱红雨,王力景,杨仲璠,徐明波,曹荣月. 凝血因子VII及其重组表达新进展[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(2/3): 129-137.
[3] 彭向雷,王烨,王丽男,苏彦斌,付远辉,郑妍鹏,何金生. 单引物PCR法引入定点突变 *[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(8): 19-23.
[4] 胡益波,皮畅钰,张哲,向柏宇,夏立秋. 丝状真菌蛋白表达系统研究进展*[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(5): 94-104.
[5] 刘迪,张洪春. 慢性阻塞性肺疾病基因工程动物模型研究进展 *[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(4): 59-68.
[6] 陈春琳,秦松,宋宛霖,刘志丹,刘正一. 褐藻寡糖生物法制备研究进展 *[J]. 中国生物工程杂志, 2020, 40(10): 85-95.
[7] 齐家龙, 高瑞雨, 靳输梅, 高福兰, 杨旭, 马雁冰, 刘存宝. 水痘-带状疱疹病毒糖蛋白E在昆虫细胞中的表达、鉴定及免疫原性分析 *[J]. 中国生物工程杂志, 2019, 39(8): 17-24.
[8] 马淑霞,张玲,闫晋飞,游松. 裂壶藻脂肪酸合酶途径合成多不饱和脂肪酸的研究 *[J]. 中国生物工程杂志, 2018, 38(9): 27-34.
[9] 贺雪婷,张敏华,洪解放,马媛媛. 大肠杆菌丁醇耐受机制及耐受菌选育研究进展 *[J]. 中国生物工程杂志, 2018, 38(9): 81-87.
[10] 化磊召,易小萍,储炬,庄英萍,张嗣良. 基于PAT的PCV2 VLPs生产过程优化与控制研究[J]. 中国生物工程杂志, 2018, 38(8): 50-58.
[11] 陶宇,李高建,舒建洪,吴月红,杨芳,何玉龙. 猪支原体肺炎基因工程疫苗的研究进展 *[J]. 中国生物工程杂志, 2018, 38(2): 95-101.
[12] 石红璆,查代明,张炳火,李汉全. 全细胞脂肪酶研究进展 *[J]. 中国生物工程杂志, 2018, 38(11): 51-58.
[13] 吴锁伟,万向元. 利用生物技术创建主要作物雄性不育杂交育种和制种的技术体系[J]. 中国生物工程杂志, 2018, 38(1): 78-87.
[14] 李丹, 黄鹤. 纳米抗体异源表达的研究进展[J]. 中国生物工程杂志, 2017, 37(8): 84-95.
[15] 郜娇娇, 杨树林. 基因工程技术优化透明质酸生产的研究进展[J]. 中国生物工程杂志, 2017, 37(8): 72-77.
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