分析動植物生物技術(shù)的交叉滲透及趨勢展望

●張黎

分析動植物生物技術(shù)的交叉滲透及趨勢展望

●張黎

隨著動植物生物技術(shù)的發(fā)展，專業(yè)科學之間的交叉滲透表現(xiàn)的愈加明顯，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、植物學科等領(lǐng)域中不斷取得重大突破。動植物技術(shù)的交叉滲透，使得各種動植物研究成果被交叉運用成為現(xiàn)實。我國動植物生物技術(shù)研究學者將此技術(shù)的交叉滲透作為重點研究項目，并且獲得了不錯的成效。隨著植物生物技術(shù)的不斷發(fā)展以及科學技術(shù)的發(fā)展，植物生物技術(shù)的交叉滲透將會更深，將會給人們的生活與生產(chǎn)帶來更多的便利。

植物技術(shù)；生物技術(shù)；較差滲透；趨勢展望

促使植物技術(shù)與生物技術(shù)的交叉滲透得以發(fā)展源自DNA重組技術(shù)，植物生物技術(shù)的交叉滲透研究在70年代以后快速發(fā)展，極大程度上促進了各個學科之間的交叉滲漏，使得人類生命研究領(lǐng)域獲得了極大的進步。在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域，植物技術(shù)與生物技術(shù)的交叉滲透最為明顯，使得各種具有高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的動植物產(chǎn)品被培育出來，極大程度上促進著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，同時也不斷蔓延到各個領(lǐng)域內(nèi)，取得重大的突破。

1 動物研究成果植物中的應(yīng)用

1.1 抗植物病原體抗體基因工程

眾所周知,一種抗原往往由多種抗原決定基組成,在動物體內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜多樣的抗體,通常依靠一種抗體來很好地防治疾病的發(fā)生非常困難，另外由于抗體由輕鏈和重鏈組成,在制作轉(zhuǎn)基因植物時,需把抗體的輕鏈和重鏈基因同時轉(zhuǎn)入植物.因此,抗植物病原體抗體基因工程的應(yīng)用具有一定的局限性.對于未有很好的防治措施,其抗原蛋白含有產(chǎn)生高度中和病毒抗體的抗原決定基的植物病原體,抗體基因工程提供了一條有效防治途徑.

1.2 利用動物細胞凋亡抑制基因開發(fā)新型耐性植物

利用動物細胞凋亡抑制基因開發(fā)新型耐性植物1972年,Kerr等提出了細胞凋亡的概念,細胞凋亡不是單純的細胞崩解死亡,是生物個體為了維持正常的生命過程,在一系列基因控制下的程序性、能動性死亡.在人和其它動物,發(fā)現(xiàn)了Bcl-2,Bcl-x,Bax,LPM等細胞凋亡抑制基因,但至今未發(fā)現(xiàn)植物存在有類似動物的細胞凋亡抑制基因.去年,日本農(nóng)業(yè)生物資源研究所和筑波大學的研究小組把人的細胞凋亡抑制基因Bcl-x和屬于bcl-2家族的線蟲的ced9基因?qū)胫参?獲得了對除草劑和紫外線UV-B產(chǎn)生耐性的煙草,該試驗為創(chuàng)造新型耐性植物提供了新的途徑.進一步研究細胞凋亡抑制基因賦予植物耐性的機理,將有助于了解植物是否存在與動物相類似的細胞死亡信號傳遞系統(tǒng),若能證明該系統(tǒng)在植物的存在,將會研制開發(fā)出賦予植物新型耐性的基因,創(chuàng)造出新的抗逆植物品種。

1.3 動物代謝機理在植物的應(yīng)用

高等動物具有植物無可比擬的發(fā)達的代謝系統(tǒng)和器官,近年,一些生物學家嘗試把動物代謝的一些原理應(yīng)用于植物,創(chuàng)造新的植物品種.眾所周知,血紅蛋白是動物體內(nèi)氧氣的載體和供體,對缺氧具有調(diào)節(jié)作用,為了解血紅蛋白對植物的影響,把血紅蛋白基因?qū)霟煵?具有明顯的提高產(chǎn)量和促進生長的作用,對其它經(jīng)濟作物的作用有必要進行驗證;日本的科學家試圖把肝臟的細胞色素過氧化物酶系轉(zhuǎn)移至植物,以使植物分解化學農(nóng)藥和環(huán)境中存在的危害人類健康的物質(zhì),該研究若能成功,將有助于改善環(huán)境、降低農(nóng)作物的毒物殘留。

2 植物技術(shù)在藥業(yè)產(chǎn)生中的應(yīng)用

2.1 食用植物疫苗

口服疫苗一直是免疫學家的夢想,轉(zhuǎn)基因植物的研究成功為食用疫苗的生產(chǎn)開辟了新的途徑.1992年,Arntzen等人在煙草葉中成功地表達出了B型肝炎病毒的囊膜抗原.電鏡觀察和物理化學分析表明∶煙草中抗原粒子的抗原性和物理化學性狀與從人血清中獲得的Dane粒子相比毫不遜色,這一結(jié)果為食用疫苗的研究提供了可靠的實驗依據(jù).美國Biosource Technology公司和海軍研究所的科學家在煙草花葉病毒粒子表面成功地表達出了瘧原蟲的抗原決定基,動物實驗證明∶病毒粒子可成功地產(chǎn)生抗體;霍亂弧菌、產(chǎn)毒大腸桿菌的熱敏腸毒素-β亞單位與腸粘膜表面的神經(jīng)節(jié)苷脂結(jié)合,使cAMP的表達量增加,促進腸液分泌,引起腹瀉.Arntzen的研究組在馬鈴薯塊莖中成功表達了大腸桿菌的熱敏腸毒素-β亞單位,小鼠飼喂試驗表明∶在血液和粘液中產(chǎn)生的抗體水平與細菌表達產(chǎn)物誘導(dǎo)的同等,可有效阻斷熱敏腸毒素-β亞單位與神經(jīng)苷脂的結(jié)合,防制腹瀉,該疫苗作為第一個植物疫苗已于去年進入臨床試驗。

2.2 生產(chǎn)醫(yī)藥品和貴重蛋白

生產(chǎn)抗體是轉(zhuǎn)基因植物生物反應(yīng)器的又一領(lǐng)域,美國的一家生物工程公司在大豆中成功表達了一種單克隆抗體,并將該抗體與羥柔紅霉素偶聯(lián)制成了治療惡性腫瘤的靶向藥物,動物實驗表明其對乳腺、結(jié)腸、卵巢和肺腫瘤具有明顯的療效.目前該公司已種植了大面積的轉(zhuǎn)基因大豆,以獲得大量抗體,開展臨床試驗.在醫(yī)學領(lǐng)域,已有多種細胞因子上市,而用于畜牧生產(chǎn)和動物疾病防制的細胞因子卻非常稀少,其主要原因是利用發(fā)配工程生產(chǎn)的細胞因子成本高,不適于在動物應(yīng)用.植物生物反應(yīng)器為動物細胞因子的生產(chǎn)提供了新的工具,國際上已有數(shù)個研究小組嘗試利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)動物用細胞因子,如日本北海道大學的科學家用馬鈴薯成功地表達出了人的α-干擾素,試圖利用其防制牛的呼吸道疾病.由于利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)的物質(zhì)具有可直接食用的特點,對于高度集約化的畜牧業(yè)生產(chǎn)非常便利,在畜牧生產(chǎn)和動物疾病防制中具有重要的生產(chǎn)應(yīng)用價值.除細胞因子外,預(yù)計促進動物生長、改善品質(zhì)、提高飼料報酬的轉(zhuǎn)基因牧草和飼料作物也將會不斷涌現(xiàn)。

3 趨勢展望

在醫(yī)藥領(lǐng)域取得的進展：中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院朱強博士組在利用銅/鐵共催化的炔丙基胺衍生物通過類Meyer Schuster重排反應(yīng)合成β-氨基烯丙醛衍生物方面取得新進展，相關(guān)研究成果已經(jīng)于2014年12月2日在《有機化學通訊》(Organic Letters,2014,16,6288–6289)上發(fā)表。Meyer Schuster重排反應(yīng)在有機合成中具有重要的作用，該反應(yīng)是合成α,β-不飽和醛酮的主要方法。近年來，科學家通過改進該反應(yīng)，發(fā)展了不同的催化體(釕，銥，金等)來合成結(jié)構(gòu)多樣性的化合物。炔丙胺衍生物是一類重要的有機原料，也是合成許多藥物和天然產(chǎn)物的重要前體。該研究團隊利用醋酸銅和氯化鐵共催化條件下，高效地實現(xiàn)了將炔丙胺衍生物轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)單一的反式β-氨基烯丙醛衍生物，通過單晶衍射結(jié)構(gòu)證實了其結(jié)構(gòu)為反式。該反應(yīng)的優(yōu)點主要表現(xiàn)為反應(yīng)條件溫和，底物的適用性廣泛，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)單一，有效地彌補了傳統(tǒng)合成β-氨基烯丙醛衍生物方法的不足。更重要的是，該反應(yīng)產(chǎn)物能夠在鈀催化下進一步轉(zhuǎn)化為具有潛在藥理活性的3-位取代的吲哚衍生物。該方法的建立為今后高效地設(shè)計合成具有廣泛生物活性的雜環(huán)化合物奠定了基礎(chǔ)。

中國科學院微生物研究所譚華榮課題組闡明了委內(nèi)瑞拉鏈霉菌中γ-丁酸內(nèi)酯(SVB1)及其受體JadR3在杰多霉素生物合成的調(diào)控機制,首次揭示了SVB1信號分子可誘導(dǎo)種間委內(nèi)瑞拉鏈霉菌和天藍色鏈霉菌不同抗生素的產(chǎn)生，這是迄今為止鏈霉菌信號分子(γ-丁酸內(nèi)酯)研究近50年來有關(guān)種間信號分子相互作用的最清楚的直接證據(jù)。

苦蕎淀粉合成的分子機制研究進展：中國科學院成都生物研究所研究員王濤課題組博士后王迅克隆并分析了苦蕎GBSSI(命名為FtGBSSI)基因序列，發(fā)現(xiàn)FtGBSSI基因含有3847個堿基，其中由14個外顯子和13個內(nèi)含子構(gòu)成，其中第一個內(nèi)含子位于5′端非翻譯區(qū)域，而FtGBSSI編碼起始于第二個外顯子的中間序列。

在養(yǎng)殖業(yè)領(lǐng)域取得的進展：中國著名生物學家童第周先生于70年代初開始進行重要經(jīng)濟魚類的核移植研究，先后成功獲得了不同屬間、亞科間、目間的核移植魚，這包括鯉魚核和鯽魚細胞質(zhì)的核質(zhì)雜交魚(CyCa)；鯽魚核和鯉魚細胞質(zhì)的核質(zhì)雜交魚(CaCy)；草魚核和團頭魴細胞質(zhì)間的核質(zhì)雜交魚(CtMe)等。所有這些移核魚都能正常生長、發(fā)育和繁殖。研究顯示，移核魚的遺傳性狀有的來自鯉魚，有的來自鯽魚，有些則介于中間狀態(tài)，這表明細胞核和細胞質(zhì)對核質(zhì)雜交魚的遺傳性狀均有影響。另外，許多中國學者將培養(yǎng)細胞或體細胞的核移植到去核的魚卵中，均取得很大進展，將培育出具有優(yōu)良經(jīng)濟性狀的新的品種。這表明核移植將作為培養(yǎng)新品種的一項重要技術(shù)。

綜上所述：植物動物技術(shù)的交叉滲透，將會蔓延到各個領(lǐng)域，基于目前我國在此方面所取得的進步，能夠看出植物技術(shù)與生物技術(shù)的交叉滲透將能夠為人類的生產(chǎn)與生活服務(wù)，具有較大的發(fā)展空間，未來人們將會享受到更多植物動物技術(shù)的交叉滲透成果服務(wù)。

4 結(jié)束語

植物動物技術(shù)的交叉滲透，在各個領(lǐng)域中均有不同程度的進展，人們生活中植物動物技術(shù)的交叉成果應(yīng)用也越來越多，為了能夠更好的促進二者之間的交叉滲透，則需要各界研究學者加快此項技術(shù)的研究，以取得更多的成果，使得此項技術(shù)能夠更好的為人類服務(wù)。

（作者單位：武漢大學藥學院）

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張黎（1983～），男，武漢大學藥學院2014級研究生，工程碩士，生物工程專業(yè)。