全 文 ：中国生物工程杂志 China Biotechnology，2012，32(1) :103-108
模式生物小立碗藓遗传转化系统的研究进展*
汪运洋1 王春梅1＊＊ 陈 琛1 施定基2
(1 北京中医药大学 中药学院生物制药系 北京 100102 2 中国科学院植物研究所 北京 100093
摘要 苔藓植物小立碗藓是迄今发现的同源重组率最高的陆生植物，堪与酵母媲美，具有“绿色
酵母”之称。高的同源重组频率、简单的发育模式以及单倍体配子体为主的生活史使其渐渐成为
研究生物学进程和发育模式的新型模式生物。现对近年来小立碗藓遗传转化系统研究的进展进
行总结和分析，为相关研究工作者充分利用这一体系提供帮助。对小立碗藓遗传表达系统的载
体构建、转化方法及宿主细胞准备等方面的进展进行了综述，对小立碗藓在基因打靶方面的应用
进行了简要总结。
关键词 小立碗藓 遗传转化 载体构建 转化方法
中图分类号 Q78
收稿日期:2011-09-27 修回日期:2011-11-07
* 教育部留学回国人员科研启动基金(JYB22-XS030，2009JYB22-
XS023)
＊＊通讯作者，电子信箱:wchunmei@ 126． com
小立碗藓(Physcomitrella patens) ，属于苔藓植物中
的藓纲，葫芦藓目，葫芦藓科，小立碗藓属［1］。它具有
相对简单的发育模式和较短的生长周期，有利于规模
化培养和突变体的筛选，其生活史世代以单倍体的配
子体形态为主，这利于突变的产生和遗传性状的直接
分析［2］。作为基因工程受体，极高的同源重组率使小
立碗藓受到了人们越来越多的关注。基因打靶技术已
经成为小鼠胚胎干细胞和酿酒酵母中实现基因功能研
究的一项常规技术，并且取得了大量成绩［3-5］。同源重
组率低一直是限制高等植物基因打靶的重大障碍，这
在一定程度上限制了植物基因功能研究的发展。然而
小立碗藓 DNA同源重组率达到了 10 －4 ～ 10 －3［6］，如此
高的同源重组率在陆生植物中是绝无仅有的，这使它
成为了研究植物基因功能组学的有效工具。10 年间，
小立碗藓的分子遗传学发展迅猛，它的全基因组测序
工作于 2007 年底完成(http:/ /www． cosmoss． org /)［7］，
利用该体系，许多植物基因的功能被证实，多个外源蛋
白得到高效表达［8］。本文从载体构建、转化方法以及
宿主细胞制备方面对近年来小立碗藓的遗传转化系统
进行评述。
1 小立碗藓遗传转化载体的研究
对小立碗藓遗传转化的研究历史可以追溯到 1968
年 Engel成功对小立碗藓硫胺，烟酸和对氨基苯甲酸盐
营养缺陷型的突变体的分离和遗传分析。1977 年
Grimsley等从绿丝体中成功分离并有效重建原生质体，
通过聚乙二醇(PEG)介导的原生质体融合，这使不育
突变体的遗传优势研究和互补分析成为可能，小立碗
藓成为植物中发育遗传学的有利模型［9］。苔藓植物的
遗传转化比种子植物和藻类都要晚得多。1970 年就证
明了蓝藻的转化，1981 年其外源基因在蓝藻中表达成
功［10］;种子植物的原生质体转化于 1982 年用烟草试验
成功。然而转化苔藓到 20 世纪 90 年代才取得进展。
至今已获得转基因植株的有小立碗藓、角齿藓、土墙
藓、葫芦藓和地钱。小立碗藓首次转化成功在 1991
年，以 PEG介导 DNA 转染到原生质体，质粒携带有抗
生素［11］。
目前成功应用于小立碗藓基因打靶研究的载体有
两种类型:插入型载体和置换型载体［12-13］。通常插入
型载体目的基因同源序列外显子的上游都有一个正选
择标记基因，且该外源同源序列的两侧含有相应的特
异性酶切位点。通过酶切将载体线性化，转化，最终将
外源序列及目的元件插入到靶序列当中。置换型载
体，这类载体的酶切位点一般设计在外源目标基因同
DOI：10.13523/j.cb.20120115
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源序列之外，并含有一个负选择标记，通过正负标记筛
选定向富集重组子。置换型载体的结构参见图 1。
图 1 置换型载体的结构
Fig． 1 Replacement vector structure
E，Hc，S，Hd was abbreviation of the enzyme EcoRI，HincII，SacI and
HindIII;A:ORF (open reading frame) ，diagonal section means the
target part of the gene;B:Forked section means nptII the positive
screening gene;C:The final vector． Amp:The subtractive gene
这两种载体是基于真核生物的基因打靶和等位基
因置换的基本原理及方法来设计和构建的，可以让我
们非常精确地在小立碗藓基因组中完成定向的基因诱
变。同样的原理和方法已经在酵母体系中被验证［14］，
并应用于小鼠胚胎干细胞系统［15］基因定点诱变的发
展。在小立碗藓中，插入型载体和置换型载体的共同
点是载体上都含有小立碗藓的同源序列。但它们之间
又各有不同，插入型载体的报告基因位于同源序列的
上游或下游，能以单拷贝或多拷贝的形式同源重组插
入到小立碗藓基因组中，进而破坏原有 DNA 序列使其
原有功能丧失，以达到研究基因功能的目的。但这类
载体产生的串联重复区不够稳定，容易发生二次重组
现象。而置换型载体，这类载体的报告基因则位于两
端同源序列的中间，报告基因两侧的同源序列可以与
目的靶序列发生同源置换，进而达到将报告基因导入
小立碗藓基因组中的目的。由于这种方法可以精确地
在小立碗藓中进行定向的基因打靶，因此目前置换型
载体在基因定点整合实验中的应用非常广泛［9］。确定
了载体的类型，报告基因和启动子的选择也是载体构
建的关键因素之一，我们将在下面的叙述中介绍。
迄今为止，成功应用于小立碗藓中的报告基因有
很多，如表 1 所示。
其中阳性筛选标记基因如新霉素抗性基因
npt2［16］、潮霉素抗性基因 aph4［17］和磺胺类抗性基因
sul［18］，细胞学标记基因如 β-葡糖醛酸酶基因 GUS［19-20］
和绿色荧光蛋白基因 GFP［18，21］都已经广泛应用于小立
碗藓的转化实验中。这些标记基因一般用CaMV35 S
表 1 小立碗藓载体构建常用元件
Table 1 Elements used in vector construction for
Physcomitrella patens
阳性筛选标记基因
新霉素抗性基因 npt2、潮霉素抗性基因
aph4、磺胺类抗性基因 sul等
细胞学标记基因
β-葡糖醛酸酶基因 GUS、绿色荧光蛋白基
因 GFP等
常用启动子
CaMV 35S 启动子、CaMV 35S(2 × )、
CaMV 35S(long)、NOS(一氧化氮合酶)启
动子、泛素启动子、actin-1 启动子、人造
Top10 启动子
启动子或 NOS(一氧化氮合酶)启动子启动表达，但是
这些启动子启动表达的效率仍然不能满足人们的需
求。近些年来，科研工作者们在小立碗藓的载体构建
中尝试着不同的启动子，并成功获得了一些启动活性
更高的启动子。其中包括内源性启动子，如小立碗藓
泛素基因衍生的泛素启动子。2007 年，Gilbert Gorr
等［22］用小立碗藓泛素基因衍生的启动子构建了新的表
达载体，将 hEPO基因成功导入野生型和 Δ-fuc-tΔ-xyl-t
突变型(是多聚糖缺乏型的小立碗藓，这类小立碗藓中
不含有对人体产生免疫原性的 α-1，3-海藻糖和 β-1，2-
木糖)小立碗藓中，并获得稳定的表达。经过 Western
blot分析，转基因小立碗藓中产生的 hEPO 分子大小为
30kDa，表达量高达 0． 5μg /ml。当然，也包括一些异源
启动子，如水稻的 actin-1 启动子、玉米或大麦的泛素启
动子、大豆热休克启动子和人造 Top10 启动子等［23-26］。
2004 年，Decker等分别用 CaMV 35S启动子、NOS启动
子、水稻的 actin-1 启动子和人造 Top10 启动子这 5 个
异源启动子构建表达载体，分别表达新霉素磷酸转移
酶基因(nptII)、潮霉素磷酸转移酶基因(hpt)、葡萄糖
醛酸苷酶基因(GUS)、绿色荧光蛋白基因(GFP)和荧
光素酶基因(luc)［27］。结果显示，这些启动子中水稻的
actin-1 启动子活性最高，CaMV 35S 启动子其次，NOS
启动子再次之，人造 Top10 表现出的活性最低。而在
同类启动子活性的比较中，水稻 actin-1(short)启动子
比完整的 actin-1 启动子活性略差，CaMV 35S 启动子的
活性低于 CaMV 35S(long) ，更低于 CaMV 35S(2 ×)。
至今为止，在活性方面泛素启动子和 actin-1 启动子的
活性最高，也许这些启动子会在未来更加广泛地应用
于小立碗藓表达载体的构建中。另外，似乎同一类启
动子通过一定的改造可以降低或提高其启动表达的活
力，这为人们提高启动子的活性提供了新的思路。
2 小立碗藓的遗传转化方法
小立碗藓的原生质体易于分离，且分离得到的原
401
2012，32(1) 汪运洋 等:模式生物小立碗藓遗传转化系统的研究进展
表 2 小立碗藓的转化方法及用途
Table 2 Transformation methods for Physcomitrella patens
转化方法 效率 用途
聚乙二醇(PEG)
介导
0． 5 ～ 1 转化子 /
μg DNA
基因功能研究、外源
蛋白表达
基因枪法
20 ～ 40 转化子 /
μg DNA． 基因功能研究
农杆菌介导 不详 基因功能研究
生质体具有很高的生物学活性和再生能力，这为基因
转化方法的研究提供了理想材料［28］。目前，小立碗藓
的培养和转化体系已经比较完善，如表 2 所示。首次
获得成功的小立碗藓基因转化是由聚乙二醇(PEG)介
导直接将 DNA转化入其原生质体中的［11］。从那以后，
这种转化方法不断被优化，已成为小立碗藓转化和瞬
时基因表达分析［29-39］中最为常用的转化方法，如图 2
所示。当然，也有人尝试利用基因枪法将 DNA 导入小
立碗藓组织中［40-42］。与 PEG 转化方法相比，基因枪法
只需要少量的 DNA，转化效率似乎比 PEG 法高 10
倍［41］，DNA被包被在金粒子弹中利用基因枪射入玻璃
纸上的原丝体组织中，再把转基因原丝体混合均匀涂
布在选择性培养基上进行筛选。但基因枪法可能没有
PEG介导法使用方便，所以至今为止只有很少几篇文
献报道利用这种方法成功获得小立碗藓转基因植株。
植物转化体系中农杆菌介导法也是较为常用的转化方
法，但是在小立碗藓中这种方法似乎没有效果。一些
实验室尝试利用农杆菌介导法转化小立碗藓，但是迄
今没有查阅到成功获得转化的报道［43-44］。
图 2 小立碗藓 PEG介导转化法
Fig． 2 PEG-medium transformation of
Physcomitrella patens protoplast
3 小立碗藓转基因的宿主细胞
与大部分苔藓类植物一样，小立碗藓也是以单倍
体配子体占据其主要生活史。小立碗藓的生活史由孢
子开始，孢子发育成初级绿丝体，在继续的发育过程中
一部分绿丝体变成了轴丝体(茎丝体) ，形成的绿丝体
和轴丝体统称为原丝体。原丝体进一步分化长出幼
芽，进而形成具有假根的分离配子体和具有叶片的配
子体群体。配子体上生出精子器(雄性)和颈卵器(雌
性) ，分别产生精子和卵子，精子卵子结合发育成新的
孢子体，这样就完成了一个完整的世代。通常在无菌
的条件下培养，小立碗藓完成整个生活史需要 2 个
月［45-46］。在配子体发育阶段主要包含两个发育时期:
呈丝状体生长的原丝体时期和由茎生长成一个典型小
植物体的配子体时期。前者有利于利用微生物学的培
养技术研究基础生物学进程，而后者用于研究更复杂
的发育进程，如器官的发育或生成完整生物体［27］。
在基因工程研究方面，原丝体是小立碗藓基因工
程方向研究的重要材料。其一，原丝体是制备原生质
体的主要材料，一般来说，用于基因转化的原生质体主
要通过原丝体的酶解获得。其二、原丝体的特点适于
大规模培养，研究者一般选择无细胞分化的原丝体在
液体中光照培养，条件较易控制，生长速度较快。因
此，小立碗藓原丝体的获得和培养也就成了基因工程
研究的基础。原丝体一般由小立碗藓植株在固体培养
基上加酒石酸铵诱导获得［29-30］，然而原丝体的培养较
为困难，因为原丝体在液体中培养容易发生分化，Reski
等［47-49］尝试每周换培养基并破碎原丝体的方法来保持
原丝体处于不分化的状态，并获得了一定的效果，但仍
无有效的方法彻底解决这个问题。本实验室也尝试通
过改变酒石酸铵和葡萄糖的浓度比来寻求原丝体生长
的最佳条件，并发现了一些有趣的现象:不同酒石酸铵
和葡萄糖浓度的培养基引起原丝体状态的变化，发生
这种现象的原因还有待进一步的证实。小立碗藓原丝
体细胞在转化前要去掉细胞壁制备成原生质体，具体
制备方法也已经很成熟，可以参考文献［50］方法进行。
4 基因打靶在小立碗藓中的应用
1997 年首次报道了在小立碗藓中高效同源重组成
功［6］，对小立碗藓的深入研究迅速展开，特别是用于植
物蛋白质的功能研究。
在细菌中，ftsZ蛋白在细胞质分裂中起着非常重要
的作用，同时编码 ftsZ 基因的同源序列在植物中也有
发现。Strepp等［51］成功地敲除了小立碗藓的 ftsZ1 基
因，转化效率为 14%。实验结果显示，被敲除 ftsZ1 基
因的苔藓细胞包含一个独立巨大的叶绿体，而野生苔
藓细胞中一般有 50 个左右的小叶绿体，从而进一步证
501
中国生物工程杂志 China Biotechnology Vol． 32 No． 1 2012
实了 FtsZ蛋白在叶绿体分裂中起着重要作用。
小立碗藓中花生四烯酸(arachidonic acid)的含量
很高，但是它必须在 Δ6 脂酰基脱氢酶的参与下，才能
由亚油酸经过脱氢和延长产生。Girke等［29］将 Δ6 脂酰
基脱氢酶基因从小立碗藓中敲除并获得突变株。结果
显示，虽然野生植株和突变植株在表型上没有显著差
异，但是二者脂肪酸的组成发生了比较明显的变化。
突变株中不产生花生四烯酸，而亚油酸的含量显著升
高。这充分说明了 Δ6 脂酰基脱氢酶基因在花生四烯
酸的合成过程中发挥着重要作用。
植物激素脱落酸(ABA)在植物的生长和应激反应
中起着重要的作用。Khandelwal 等［52］将小立碗藓的
ABI3 基因敲除并获得突变株。结果显示，小立碗藓经
ABA处理后，野生植株能够在干旱的条件下生存下来，
然而突变株不能在干旱条件下生存。这证明了 ABI3
基因在由 ABA 介导的耐旱作用中起着非常重要的
作用。
对小立碗藓遗传转化体系的另一个成功应用是德
国 Reski实验室将多个药用蛋白转入小立碗藓中表达，
并实现中试规模的生产。他们已经成功表达非过敏性
人源蛋白，如人血管内皮细胞生长因子(VEGF) ，抗体
IgG1、IgG4 和促红细胞生成素［如血管表皮生长因子
(VEGF)表皮生长因子(EGF) ，凝血因子 X、XI、VII、IX
等］等［8］。
5 展 望
小立碗藓表达体系是一个非常有价值的生物学模
型系统，它独特的生理特点和超高的同源重组效率引
起了越来越多研究学者的关注。基因打靶技术在小立
碗藓中应用有利于人们更加有效而精确的研究基因功
能，这为基因功能组学的发展有深远的影响。小立碗
藓与高等植物在生物学进程和遗传水平上的相似性，
使人们利用小立碗藓作为工具研究高等植物的同源基
因功能成为了可能。此外，小立碗藓相对结构简单、生
长周期短的特点，有成为植物生物反应器的潜质。德
国 Reski博士提出生物反应器和分子农场的新理念，植
物的配置是定向与利用某种(或一组)基因表达产生专
门产物，这比传统上种植作物生产粮食、蔬菜、水果和
其他食物、药物和原料，目的产物更纯，调控代谢更强，
生产效率更高。目前德国的绿色创新生物技术公司
(Greenvation)已完成 300L 的光反应器的中试，产品还
未推向市场。小立碗藓遗传体系的科学价值和经济潜
力是十分诱人的。相信在不远的将来它将为人类的发
展做出更大的贡献。
参考文献
［1］ 1． Reski R，Cove D J． Physcomitrella patens． Current Biol，
2004，14(7) :261-262．
［2］ Schaefer D G，Zryd J P． The moss Physcomitrella patens，now
and then． Plant Physiol，2001，127(4) :1430-1438．
［3］ Rothstein R． Targeting， disruption， replacement and allele
rescue:integrative DNA transformation in yeast． Methods
Enzymol，1991，194:281-301．
［4］Doetschman T，Gregg R G，Maeda N，et al． Targeted correction
of a mutant HPRT gene in mouse embryonic stem cells． Nature，
1987，330:576-578．
［5］Thomas K R，Capecchi M R． Site-directed mutagenesis by gene
targeting in mouse embryo-derived stem cells． Cell，1987，51
(3) :503-512．
［6］ Schaefer D G，Zryd J P． Efficient gene targeting in the moss
Physcomitrella patens． Plant J，1997，11(6) :1195-1206．
［7］Rensing S A，Lang D，Zimmer A D，et al． The physcomitrella
genome reveals evolutionary insights into the conquest of land by
plants． Science，2008，319 (5859) :64-69．
［8］Decker E L，Reski R． Current achievements in the production of
complex biopharmaceuticals with moss bioreactors． Bioprocess
Biosyst Eng，2008，31(1) :3-9．
［9］ Schaefer D G． A new moss genetics:targeted mutagenesis in
Physcomitrella patens． Plant Biol，2002，53:477-501．
［10］Vioque A． Transformation of cyanobacteria． Adv Ex PMed Biol，
2007，616:12-22．
［11］Schaefer D G，Zryd J P，Knight C D，et al． Stable transformation
of the moss Physcomitrella patens． Mol Gen Genet，1991，226
(3) :418-424．
［12］王先平，胡勇，何奕昆．基因定点整合技术及其在苔藓研究中
的进展． 植物学通报． 2003，20 (2) :137-143．
Wang X P，Hu Y，He Y K． The research of gene targeting in
moss． Chinese Bulletin of Botany． Chinese Bulletin of Botany，
2003，20 (2) :137-143．
［13］施定基，冉亮，宁叶，等． 苔藓分子生物学的一些进展． 贵州
科学． 2001，19 (4) :1-5．
Shi D J，Ran L，Ning Y，et al． Some progress in molecular
biology of bryophytes． Guizhou Science． 2001，19 (4) :1-5．
［14］Struhl K． The new yeast genetics． Nature，1983，305(5933) :
391-397．
［15］Muller U． Ten years of gene targeting:targeted mouse mutants，
from vector design to phenotype analysis． Mech Dev，1999，82
(1-2) :3-21．
601
2012，32(1) 汪运洋 等:模式生物小立碗藓遗传转化系统的研究进展
［16］ Dale E C，Ow D W． Intra- and intermolecular site-specific
recombination in plants mediated by bacteriophage P1
recombinase． Gene，1990． 91:79-85．
［17］Gritz L，Davies J． Plasmid-encoded hygromycin B resistance:the
sequence of hygromycin B phosphotransferase gene and its
expression in Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae．
Gene，1983． 25(2-3) :179-188．
［18］ Kammerer W，Cove D J． Genetic analysis of the result of re-
transformation of transgenic lines of the moss，Physcomitrella
patens． Mol Gen Genet，1996，250(3) :380-82．
［19］ Zeidler M，Gatz C，Hartmann E，et al． Tetracycline-regulated
reporter gene expression in the moss Physcomitrella patens． Plant
Mol Biol，1996，30(1) :199-205．
［20］Knight C D，Sehgal A，Atwal K，et al． Molecular responses to
abscissic acid and stress are conserved between moss and cereals．
Plant Cell，1995，7(5) :499-506．
［21］Knight C D． Moss，Molecular Tools for Phenotypic Analysis． In
Encyclopedia of Cell Technology，ed． New York:Wiley． 2000，
936-944．
［22］ Andreas W， Friedrich A，Rodriguez-Franco M． High-level
expression of secreted complex glycosylated recombinant human
erythropoietin in the Physcomitrella Δ-fuc-t Δ-xyl-t mutant． Plant
Biotechnology Journal，2007，5(3) :389-401．
［23］Holtorf H，Hohe A，Wang H L，et al． Promoter subfragments of
the sugar beet V-type H + -ATPase subunit c isoform drive the
expression of transgenes in the moss Physcomitrella patens． Plant
Cell Reports，2002，21(4) :341-346．
［24］Saidi Y，Finka A，Chakhporanian M，et al． Controlled expression
of recombinant proteins in Physcomitrella patens by a conditional
heat-shock promoter:a tool for plant research and biotechnology．
Plant Molecular Biology，2005，59(5) :697-711．
［25］ Weise A， Rodriguez-Franco M， Timm B， et al． Use of
Physcomitrella patens actin 5 regions for high transgene
expression:importance of 5 introns． Appl Microbiol Biotechnol，
2006，70(3) :337-345．
［26］Anterola A，Shanle E，Perroud PF，et al． Production of taxa-4
(5) ，11 (12)-diene by transgenic Physcomitrella patens．
Transgenic Res，2009，18(4) :655-660．
［27］ Verena H，Claudia M H，Wolfgang J， et al． Quantitative
promoter analysis in Physcomitrella patens:a set of plant vectors
activating gene expression within three orders of magnitude． BMC
Biotechnology，2004，4(1) :13．
［28］ Schaefer D G． A new moss genetics:targeted mutagenesis in
Physcomitrella patens． Plant Biol，2002，53:477-501．
［29］Girke T，Schmidt H，Zhringer U，et al． Identification of a novel
16-acyl-grou Pdesaturase by targeted disruption in Physcomitrella
patens． Plant J． 1998，15(1) :39-48．
［30］ Girod P A，Fu H Y，Zryd J P，et al． Multiubiquitin chain-
binding subunit MCB1 (RPN10) of the 26S proteasome is
essential for developmental progression in Physcomitrella patens．
Plant Cell，1999，11(8) :1457-141471．
［31］Ashton N W，Champagne C E M，Weiler T，et al． The bryophyte
Physcomitrella patens replicates extrachromosomal transgenic
elements． New Phytol，2000，146:391-402．
［32］ Nishiyama T，Hiwatashi Y， Sakakibara K， et al． Tagged
mutagenesis and gene tra Pin the moss，Physcomitrella patens by
shuttle mutagenesis． DNA Res，2000，7(1) :9-17．
［33］Hiwatashi Y，Nishiyama T，Fujita T，et al． Establishment of gene
tra Pand enhancer-tra Psystems in the moss Physcomitrella
patens． Plant J，2001，28(1) :105-116．
［34］ Schaefer D G． Gene targeting in Physcomitrella patens． Current
Opinion in Plant Biology，2001，4:143-150．
［35］Martin A，Lang D，Hanke S T，et al． Targeted gene knockouts
reveal overlapping functions of the five Physcomitrella patens FtsZ
isoforms in chloroplast division， chloroplast shaping， cell
patterning，plant development，and gravity sensing． Mol Plant，
2009，2(6) :1359-1372．
［36］Wiedemann G，Hermsen C，Melzer M． Targeted knock-out of a
gene encoding sulfite reductase in the moss Physcomitrella patens
affects gametophytic and sporophytic development． FEBS Lett，
2010，584(11) :2271-2278．
［37］ Stumpe M，Gbel C，Faltin B，et al． The moss Physcomitrella
patens contains cyclopentenones but no jasmonates:mutations in
allene oxide cyclase lead to reduced fertility and altered
sporophyte morphology． New Phytol，2010，188(3) :740-749．
［38］ Büttner-Mainik A，Parsons J，Jérme H，et al． Production of
biologically active recombinant human factor H in Physcomitrella．
Plant Biotechnol J，2011，9(3) :373-383．
［39］ Colpitts C C，Kim S S，Posehn S E，et al． PpASCL，a moss
ortholog of anther-specific chalcone synthase-like enzymes，is a
hydroxyalkylpyrone synthase involved in an evolutionarily
conserved sporopollenin biosynthesis pathway． New Phytol，
2011，129(4) :855-868．
［40］Sawahel W，Onde S，Knight C，et al． Transfer of foreign DNA
into Physcomitrella patens protonemal tissue by using the gene
gun． Plant Mol Biol Rep，1992，10:314-315．
［41］Cho S H，Chung Y S，Cho S K，et al． Particle bombardment
mediated transformation and GF Pexpression in the moss
Physcomitrella patens． Molecules and Cells，1999，9:14-19．
［42］Bezanilla M，Pan A，Quatrano R S． RNA interference in the moss
Physcomitrella patens． Plant Physiology，2003，133:470-474．
［43］Cove D J，Knight C D，Lamparter T． Mosses as model systems．
Trends in Plant Sci，1997，2(3) :99-105．
［44］ Reski R． Molecular genetics of Physcomitrella． Planta，1999，
701
中国生物工程杂志 China Biotechnology Vol． 32 No． 1 2012
208(3) :301-309．
［45］Ashton N W，Grimsley N H，Cove D J． Analysis of gametophytic
development in the moss Physcomitrella patens，using auxin and
cyokinin resisitant mutants． Planta，1979，144(5) :427 -435．
［46］Denecke J，Botterman J，Deblaere R． Protein secretion inplant
cells can occur via a default pathway． Plant Cell，1990，2(1) :
51-59．
［47］Decker E L，Reski R． The moss bioreactor． Current Opinion in
Plant Biology，2004，7(2) :166-170．
［48］ Decker E L，Reski R． Moss bioreactors producing improved
biopharmaceuticals． Current Opinion in Biotechnology，2007，18
(5) :393-398．
［49］Decker E L，Reski R． Current achievements in the production of
complex biopharmaceuticals with moss bioreactors． Bioprocess
Biosyst Eng． 2008，31(1) :3-9．
［50］ Liu Y，Vidali L． Efficient polyethylene glycol (PEG)mediated
transformation of the moss physcomitrella patens． J Vis Exp，
2011，(50) :1-4．
［51］Stre PPR，Scholz S，Kruse S，et al． Plant nuclear gene knockout
reveals a role in plastid division for the homolog of the bacterial
cell division protein FtsZ，an ancestral tubulin． Proc Natl Acad
Sci USA，1998，95:4368-4373．
［52］ Khandelwal A，Cho S H，Marella H，et al． Role of ABA and
ABI3 in desiccation tolerance． Science，2010，327(5965) :546．
The Genetic Transformation System in Model Species Physcomitrella patens
WANG Yun-yang1 WANG Chun-mei1 CHEN Chen1 SHI Ding-ji2
(1 Department of Biopharmaceuticals，School of Materia Medica，Beijing University of Chinese Medicine，Beijing 100102，China)
(2 Institute of Botany，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100093，China)
Abstract Gene-targeting efficiency in the land plant Physcomitrella patens (Bryophyta)can only be
compared with that observed in Saccharomyces cerevisiae． Physcomitrella patens，as the new“green yeast”，might
well become a major tool for functional genomic studies of multicellular eukaryotes． In addition，the relatively
simple developmental pattern and the haploid gametophyte in the life history make it a suitable genetic tool．
Molecular tools and genetic information are rapidly developing for P． patens． The current knowledge of
Physcomitrella patens transformation system including the construction of vector，the transformation method and
the preparation of the host cells are reviewed． The application of the Physcomitrella patens genetic transformation
system was exampled at the last．
Key words Physcomitrella patens Genetic transformation Vector construction Transformation methods
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