全 文 ：·综述与专论·
生物技术通报
B IO TECHNOLOGY　BULL ETIN 2009年第 11期
透明颤菌血红蛋白的研究与发展前景
凌永胜 1, 2 杜娟 1 肖宇 1 胡晓倩 1 　林忠平 1
(1北京大学生命科学学院 ,北京 100871; 2福建省泉州市农业科学研究所 ,晋江 362212)
　　摘 　要 : 　在缺氧条件下 ,透明颤菌血红蛋白 (VHb)通过促进氧输送增强呼吸和能量代谢 ,并在各种宿主中表达 ,显示出
改善增长 ,蛋白质分泌 ,代谢产物的生产力和提高宿主抗逆性等的生理效应 ,从而使蛋白质在代谢工程尤其在优化植物代谢
中应用前景广阔。概括了 VHb在生物技术工业的诸多研究领域中的应用潜力 ,探讨 VHb功能的细胞机制 ,并显示出各领域
所采取的各种方法。
关键词 : 　透明颤菌血红蛋白 代谢工程 植物生物技术
Vitreosc illa Hemoglobin Research and Development Prospects
L ing Yongsheng 1, 2 Du Juan 1 Xiao Yu 1 　Hu Xiaoqian 1 L in Zhongp ing 1
(1 College of L ife Sciences, Peking University, B eijing 100871; 2 Quanzhou Agricultural Research Institu te, J in jiang 362212)
　　Abs trac t: 　 In hypoxic conditions, bacteria exp ress a kind of hemoglobin, which is p roposed to enhance resp iration and energy me2
tabolism by p romoting oxygen delivery. Bacteria hemoglobin from V itreoscilla stercoraria2V itreoscilla hemoglobin (VHb) , when ex2
p ressed in various hosts in oxygen2lim ited conditions, has been shown to imp rove growth, p rotein secretion, metabolite p roductivity and
stress resistance of hosts, thus rendering the p rotein p rom ising in metabolic engineering, especially in p lant metabolism op tim ization. In
this review, many well2studies areas are p resented to illustrate the potential ofVHb app lication in biotechnology industry, to discuss the
cellular mechanism s of VHb function and show the wide variety of app roaches taken within the field.
Key wo rds: 　V itreoscilla hemoglobin　Metabolic engineering　Plant biotechnology
收稿日期 : 2009208225
基金项目 :转基因生物新品种培育科技重大专项 (2009ZX080042003B)
作者简介 :凌永胜 (19722) ,男 ,副研究员 , 研究方向 :生物技术研究与应用 ; E2mail: qznykj@1261com
通讯作者 :林忠平 , E2mail: linzp@pku. edu. cn
透明颤菌属于丝状细菌家族中的一种革兰氏
阴性菌 ,微需氧 ,是在氧气限量的淡水沉积物和牛
粪中发现的非子实体 [ 1, 2 ] 。透明颤菌在贫氧条件
下严格好氧 ,综合可溶性血红蛋白 (VHb) ,所含两
个相同亚基的分子量 151775 kD ,且每分子含两个
血红素 b。合成的血红蛋白促进机体在贫氧条件
下生长。其蛋白质氨基酸序列携带一些动物和植
物珠蛋白。血红蛋白的结构与真核血红蛋白具有
同源性 ,但偏离其它 N 2末端区域且可能缺乏 A 2螺
旋 ,与鲁平豆血红蛋白 ( Lb ) 序列同源性最高
(24% ) [ 1 ] 。与其它血红蛋白相比 , VHb有一个氧
气平均传导速率常数 ( kon 78 /μM·s) ,而它的氧气
扩散速率常数 ( koff 5 000 / s)比其它珠蛋白大数百
倍。氧气平均传导速率常数显示氧亲和力中等 ,
但较高的氧扩散速率常数意味着血红蛋白释放氧
气较快 (表 1) [ 3 ] 。
透明颤菌血红蛋白适合于不同生物体如微生
物、植物和哺乳动物细胞的工程能量代谢 [ 2, 3 ]。VHb
基因在不同宿主中表达 ,能提高蛋白质和代谢产物
在各种宿主中合成 ,从而达到促进生长的目的 [ 2 ]。
因此 , VHb基因有利于高效生产异源蛋白质或珍贵
代谢产物。为此 ,将简短地概括 VHb在微生物和植
物基因工程的表达潜力 ,探讨 VHb的细胞活动机
制、同时也展现其广泛的应用前景。
1 VH b基因功能机制
Kallio等 [ 4 ]提出了一个关于 VHb功能机制的假
说 :透明颤菌血红蛋白作为额外氧源 ,在微氧条件
下 ,增加胞内有效溶解氧浓度 ,提高溶解氧压力和细
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生物技术通报 B iotechnology　B u lle tin 2009年第 11期
表 1 各种血红蛋白与氧的反应动力学常数
血红蛋白 kon (μM - 1 s - 1 ) koff ( s - 1 ) 参考文献
V itreoscilla hemoglobin (VHb) 78 5 000 O rii and W ebster (1986)
Lupin leghaemoglobin (Lba) 120 5. 6 App leby (1992)
O ryza sativa hemoglobin 1 68 0. 038 A rredondo - Peter et al. (1997)
A rabidopsis hemoglobin 1 (AHB1) 75 0. 12 Trevaskis et al. (1997)
A rabidopsis hemoglobin 2 (AHB2) 1. 07 0. 14 Trevaskis et al. (1997)
Escherich ia coli flavohemoglobins (HMP) 38 0. 44 Gardner et al. (2000)
胞色素 o和 d活速度 ,导致末端氧化酶相对活动产
生转变 ,提高质子泵效率。质子的主要功能是在
ATPase的作用下产生三磷酸腺苷 ,高质子泵效率导
致 ATP的生产效率显著增加 (图 1)。这一模式通
过研究若干个大肠杆菌和酿酒酵母能量代谢得到了
验证 [ 4, 5 ]。
图 1　VHb与细胞色素互相作用促进细胞
能量代谢的模拟机制
在缺少细胞色素 o和 d的两个大肠杆菌突变体
中 ,载有 VHb基因的末端氧化酶能以琥珀或乳酸为
碳源有氧呼吸并生长 [ 6 ] ,进一步通过测量 NAD ( P)
H荧光量和组培氧化还原电位 (CRP) ,研究 VHb对
大肠杆菌呼吸链的电子通量的影响效率。低氧分压
条件下 , VHb使 NAD ( P) H通量减少 2. 4倍 ,并稳定
保持在比对照的通量减少 1. 8倍的水平。经检测 ,
NAD ( P) + /NAD ( P) H的总比率没有显著差异 ,表
明 VHb的存在使大肠杆菌在氧气限量条件下使微
电子传递链保持更高氧化转化速率 ,最终改变了中
央碳代谢途径的碳通量。此外 , VHb表达细胞对氧
压力的急剧变化有一个缓慢荧光反应 ,这表明 VHb
通过溶解氧 (DO)波动引发胞内氧化还原。
此外 , VHb在胞内双重表达使核糖体和 tRNA
的容量远高于对照的 [ 7 ]。培养结果表明 ,携带 VHb
的细胞含有 active 70S的核糖体和 tRNA比不含有
VHb的对照细胞多 2倍。
VHb可保护细胞应对亚硝基和氧化胁迫 [ 8 ] 。
一氧化氮 (NO )阻止与细胞色素结合抑制细胞呼
吸 ,低氧压下这种抑制更加明显。一些刺激如缺
氧或氧化和亚硝基胁迫诱导 VHb表达。VHb的表
达提高细胞还原酶消除一氧化氮的能力 ,可减少
一氧化氮对呼吸活动的抑制。这类血红蛋白在各
种宿主中的表达规律已细致研究过 ,其中有几项
已经被证明是游离氮 ( RNS)和活性氧。然而 ,携
带高 VHb的细胞可溶性蛋白质组分使 NO 活性
降低与 VHb在胞外并无差别 ,这表明膜联还原酶
也可以参与胞内降解 NO [ 8 ] ,这一假说需要进一步
验证 [ 9 ] 。
2 透明颤菌血红蛋白基因的克隆与表达
透明颤菌血红蛋白 (VHb)广泛用于构建重组
物种以改善呼吸、生长和生产力 [ 10, 11 ]。Khosla 和
Bailey[ 2 ]克隆血红蛋白基因 VHb并作为在低氧下维
持代谢活性的一种工具 ,根据蛋白质氨基酸序列使
用混合基因组文库寡核苷酸探针分离了透明颤菌血
红蛋白结构基因 pUC19。该基因作为一个主要细胞
蛋白在天然启动子作用下在大肠杆菌中表达。其核
苷酸序列与已知蛋白质的氨基酸序列相吻合 ,启动
子和核糖体结合位点的存在和大肠杆菌上游序列有
高度同源性。序列下游 3′端与几种豆科植物血红
蛋白基因的有同源性。Bailey[ 10 ]以透明颤菌基因组
DNA为模板 ,根据 Khos1a[ 2 ]的 VHb基因序列设计
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2009年第 11期 凌永胜等 :透明颤菌血红蛋白的研究与发展前景
PCR引物 ,在引物片段上加入 EcoR I和 H ind III酶切
位点。将 PCR扩增产物进行测序 ,测序结果与发
布的 vgb序列相比较同源性为 100%。CO示差光
谱分析显示 ,经质粒转化后的菌株在 420 nm处出
现吸收峰 ,证明含 vgb的质粒载体在大肠埃希菌中
表达了血红蛋白 ,且具有生物活性 ,能吸收 CO形
成 CO结合性血红蛋白 ,具有生物学效应。W est2
ern blot分析表明 ,表达的蛋白产物能与特异性单
克隆抗体发生反应 ,说明大肠埃希菌能表达目的
蛋白。
3 VHb在代谢工程中的应用
1991年 , Bailey[ 10 ]将新出现的一门科定义为
“代谢工程”,就是用基因工程的手段改变某种代谢
产物的生物合成途径 ,从而达到提高或者消除某种
代谢产物的目的。
3. 1 在微生物代谢工程中的应用
许多有价值的代谢途径要实现工业化生产 ,需
要改变复杂的末端酶生物合成途径。在培育各种微
生物菌株过程中限制氧气的供应 ,可以降低细胞色
素 P2450单加氧酶所需要的从中间代谢物转化为末
端产物的活性 ,造成溢出代谢 ,即积累中间体为主要
产品 [ 2 ]。在微环境中透明颤菌血红蛋白在大肠杆
菌中高度表达 ,大肠杆菌生长加快 ,蛋白质生产提
高。此后 , VHb又在许多微生物中表达 ,改进生长
特性或增加代谢产物 (表 2)。
表 2 透明颤菌血红蛋白在各种微生物细胞的表达效果
代谢工程分类 微生物 应用内容 参考文献
提高蛋白质生产 蓟马酵母 提高α2淀粉酶生产和总蛋白分泌 Suthar和 Chattoo (2006)
毕赤酵母 改善生长和增加外源蛋白含量 Chien和 Lee (2005)
大肠杆菌 改进生长和提高α2淀粉酶生产 Aydin等 (2000)
枯草芽孢杆菌 提高总蛋白的分泌和α2淀粉酶生产 Kallio和 Bailey (1996)
大肠杆菌 增加总蛋白含量 Khosla等 (1990)
提高化工产量 诺卡氏菌 改进生长和增加生物表面活性剂产量 Dogan等 (2006)
产气肠杆菌 增加乙偶姻和丁二醇产量 Geckil等 (2004)
大肠杆菌 改进生长和聚 2β2羟基丁酸酯 ( PHB)积累 Yu等 (2001)
酿酒菌 提高酿酒菌产量和 d2阿拉伯糖醇产量 He等 (2001)
抗生素工业化 枝顶青霉菌 增加头孢菌素 C含量 DeModena等 (1993)
糖多孢红霉素菌 增加红霉素含量 B runker等 ( 1998) ; M inas等 (1998)
肉桂地链霉菌 提高肉桂地链霉菌和莫能菌素生产 W en等 (2001)
金色链霉菌 增加金霉素 (CTC)产量 Meng等 (2002)
增强生物修复技术 绿农杆菌 改进生长和降解 2, 4二硝基甲苯 (2, 42DNT) So等 ( 2004) ; Kim等 (2005)
水稻念珠菌 增强降解苯甲酸的能力 L iu等 (1996)
伯克霍尔德氏菌 改进生长和降解苯甲酸 Kim 等 (2005)
伯克霍尔德氏菌 改进生长和降解 2, 4二硝基甲苯 L in等 (2003)
洋葱伯克霍尔德菌 增强降解氯苯甲酸 (22CBA)的能力 U rgun2Dem irtas等 (2003)
生理改善 银耳 促进生长 Zhu等 (2006)
大肠杆菌 增强对铜的吸收力 Khleifat (2006)
产气肠杆菌 提高对汞和镉的敏感力 Geckil等 (2004)
产气肠杆菌 改进生长和提高氧摄取率 Erenler等 (2004)
毕赤酵母 增强β2半乳糖苷酶活性 W u等 (2003)
大肠杆菌 增强对 NO释放的硝普钠 ( SNP)毒性的抵抗力 Frey等 (2002)
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Meng等 [ 12 ]成功研制出载有透明颤菌血红蛋白
的金色链霉菌 ,低溶解氧条件下从这一代谢链生产
出的金霉素菌 ( CTC ) 含量比对照菌增加 40% ～
60%。其他抗生素生产链如向肉桂和枝顶孢霉菌
中加入透明颤菌血红蛋白 ,二者的抗生素产量明
显增加 [ 13 ] ,表明 VHb在抗生素工业化生产方面起
积极作用。
微生物被用来降解土壤和地下水的污染物方
面显得日益重要 [ 14 ] ,由于降解一些严重污染物的
过程需要氧气 ,地下低溶氧环境成为利用这一新
方法的瓶颈。有人尝试在缺氧和含有机污染物条
件下培育能够正常生长的好氧细菌以克服这一
难题 [ 15 ] 。
So等 [ 15 ]报道 ,已在连续流动沙柱生物反应器
中成功地将 VHb编码基因 vhb导入到鼻疽菌 ,迅速
降解 2, 42硝基甲苯 (二硝基甲苯 )。在微氧条件下
(3. 1 mg溶解氧 /L培养基 ) ,二硝基甲苯进水浓度
为 214 mg / L时 ,在野生型生物反应器里的二硝基
甲苯出水浓度在 40 d内达到 20 mg/L以上 ,而载
有 VHb的生物反应器在大约 25 d内最多只有 1. 7
mg/L。在另一项研究中 , Kim 等 [ 16 ]培育了许多透
明颤菌血红蛋白突变体 ,从中选出两个供氧量最
高的突变体。该研究将 vhb基因稳定地导入宿主
细胞染色体 ,以验证 VHb提高生物修复芳香族化
合物效率。结果表明 ,在微氧下 ,两个载有 vhb的
鼻疽突变菌株降解 DNT远强于野生型鼻疽菌株 ,
表明 VHb在蛋白质工程应用方面可能产生积极影
响。在通过基因工程方面 , VHb也具有促使野油
菜黄单胞杆菌和洋葱伯克霍尔德菌降解苯甲酸增
强微生物修复能力 [ 17, 18 ] 。
茄科植物已被用于生产具有宝贵药理作用的托
烷类生物碱 ,如莨菪碱和东莨菪碱它们被用来作为
抗胆碱剂药物 ,治疗副交感神经系统疾病 ,东莨菪碱
在这些植物中的含量往往比莨菪碱的低 [ 19 ]研究并
观察了携带 vhb基因的曼陀罗生产的东莨菪碱含量
是野生型对照的 6倍。W ilhelm son[ 3 ]调查 VHb表达
对孔雀毛状根的生物碱简的完全影响 ,虽然 VHb表
达了 ,事实上 ,并没有导致莨菪碱含量增加 ,有趣的
是 , VHb表达对生物碱和曝气的影响形象略有不
同。因此 , VHb的影响可能不是只涉及它能够有效
地增加细胞内氧浓度。
V gb基因最新的研究应用包括 :改善细胞生长
和胞内聚羟基脂肪酸酯累积 [ 20, 22 ] ,高效生产异源蛋
白 [ 22 ] ,提高重组木糖酿酒酵母代谢 [ 23 ] ,促进生长和
改善胞外酶蓍脂生产 [ 24 ] ,提高酵母的α2淀粉酶生产
和总蛋白分泌 [ 25 ] ,促进银耳生长 [ 26 ]和苏云金芽孢
杆菌用于生物农药生产 [ 27 ] ,增强毕赤酵母生产 S2腺
苷甲硫氨酸 [ 28 ] ,加强对红串红球菌脱硫 [ 29 ] , VHb在
重组谷氨酸棒状杆菌表达显着提高细胞生长 ,增加
L2谷氨酸和 L2谷氨酰胺产量 [ 30 ]等。
3. 2　在植物代谢工程上的应用
据报道 , VHb在植物中表达产生一些有趣的生
理效应 ,如改善整体生长特性 ,提高某种需氧代谢途
径的生产力 ,增强对水淹的忍受力和抗亚硝基胁迫
的能力。
3. 2. 1　改进生长特性、加速发芽和开花 生产低
附加值产品中 ,植物产量是一个重要的优化设计
变量 ,且受代谢通量影响。为了获得更高产量 ,改
善植物的生长特性包括植物生长速率和生命周期
是必要的。
为解决氧传递和养分吸收问题 , W ilhelm son
等 [ 31 ]将透明颤菌血红蛋白基因导入 Hyoscyam us
m uticus毛状根摇瓶培养 ,调查其对毛状根生长和生
物碱生产的效率。正如预期的那样 , VHb提高摇瓶
培养的 H. m uticus毛状根生长 ,透明颤菌血红蛋白
基因表达的毛状根平均干重比对照高 18%。
VHb编码基因 vhb 已在烟草 ( tobacco ) 上表
达 [ 34 ]。VHb在转基因烟草植株上表达 ,迅速生长
35 d后 ,其平均干重比野生型对照的增重 80% ～
100%。VHb在细胞质中表达也影响种子发芽 :与野
生型烟草相比 ,其发芽时间从原先的 6～8 d缩短至
3～4 d,而自发芽至开花的时间也缩短了 3～5 d。
然而 ,一些后续研究的结果与前期研究结论存在矛
盾。Holmberg等 [ 34 ]使 VHb在 T2烟草植株上表达 ,
深入观察未能明显重现萌发和生长的时间 [ 8 ]。L i
等 [ 35 ]在另一项研究中报道 vhb在转基因白菜种子
上表达 ,发芽时间缩短 ,但同时其中一些植物的增长
率却比野生型对照慢。
由于可以提高品种产量 ,透明颤菌血红蛋白基
因 ( vhb)也与其他促进增长的基因被归入和单一载
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体表达相联系的植物基因组中。例如 ,透明颤菌血
红蛋白基因 ( vhb)和反式玉米素分泌基因 ( tzs)相联
系的表达载体 ,通过农杆菌介导法引入水稻的幼胚 ,
统计结果显示转基因植株在株高、穗长、总粒数和每
穗实粒数都比非转化的对照组高 [ 36 ]。 vhb与其它重
要的农艺性状基因结合共同导入目标植物 ,对于培
育更高产的作物新品种有很大的潜力 ,而取得更具
增产潜力的新物种涉及基因的长期表达和遗传的转
化 ,需要做更加详细的研究。
不但在草本植物而且在木本植物也已经进行类
似的工作研究。杨树是一个全球广泛用于纤维工业
的重要木本植物。Hohenstein等 [ 37 ]建议 ,提高木材
的生长率 ,特别是提高纸浆、纸张和乙醇汽油等低附
加值材料的增长率也必不可少。为了从育种上改善
杨树的生长速率 , H¾ggman等 [ 38 ]应用 VHb在杨树
杂交后代 (山杨 ×杨 )中表达。在标准温室中 ,载有
VHb基因的杨树和对照的伸长生长或其他任何表型
性状之间无显着差异。然而 ,在电子显微镜观察显
示 ,转基因杨树的叶片淀粉含量比对照的显著增多 ,
这表明转基因树木属于更有效的能源家族。在另一
份报道中 , Zhang等 [ 39 ]使用遗传转化技术将 VHb基
因导入杨树 ( Popu lus a lba ×P. g landu losa) ,获得类
似结果。但转基因植株和对照植株在形态上并无显
着差异 ,但在温室生长 1年后 , 10株转基因植株中
有 3株的株高和径粗比对照株增加明显 ,这一结果
在第 2年得到证实。最近 , Zelasco等 [ 40 ]报道温室条
件下 ,尽管有 1 /6的 VHb在毛白杨 ( P. a lba L. ) 上
表达。且株高 ( 24. 7% )和茎生物量 ( 2517% )比野
生型对照植株有更高的价值。然而 ,转基因植株快
速生长是由于 mRNA转录水平较高 ,而不是 VHb表
达引起的。由于木本植物生育期比草本植物长 ,这
需要在一个较长的时期内持续观察 VHb对木本植
物的调控作用。
3. 2. 2　提高某些需氧代谢产物的生产力 植物代
谢产物 ,尤其是次生代谢产物是药品、食品添加
剂 ,调味品 ,和其它工业原材料的丰富来源 ,然而 ,
由于诸多方面的原因 ,这种植物代谢产物的积累
总是有限的。 Schlatmann等 [ 41 ]调查溶解氧浓度和
长春花生产生物碱的速度之间的关系表明 ,植物细
胞培养产生的氧往往会限制次生代谢产物合成。这
种影响可能是氧气参与复杂的酶途径 ,并渗透到次
生代谢产物的生物合成活动中。种植过程中限制供
应溶解氧 ,会降低某些酶的活性 ,在代谢过程中 ,需
要氧气将中间体变为末端产物 ,最后将积累的中间
体合成主要产品。
对于一些需氧参与的代谢途径 ,通过 VHb的过
度表达促使氧气扩散 ,进而提高氧浓度是一个提高
代谢生产力的后备方法。将透明颤菌血红蛋白 VHb
基因导入烟草是一个在植物代谢工程最成功的应用
范例之一 [ 9 ]。携带 VHb基因的烟草尼古丁平均含
量增多 34% ;而尼古丁的替代代谢产物含量比对照
植株减少 80%。此外 ,转基因植物的叶绿素含量比
非转基因对照的增加 30% ～40%。这是由于在生
物合成过程中获得更多的氧气作为底物导致尼古
丁和叶绿素的含量随之增加。尼古丁和烟碱都由
烟酸合成 ,尼古丁生物合成途径中的最后一步需
要氧气作为底物 ,而烟碱的合成并不需要氧气 (图
2)。氧气增加导致需要氧气的代谢途径增强 ,从
而促进尼古丁的生物合成。叶绿素生物合成中的
几个步骤也需要氧气的参与 (图 3) [ 44 ]氧激活丙氨
酸光合成系统刺激谷氨酰胺转换合成丙氨酸 ;氧
气在粪卟啉原氧化酶的作用下将丙氨酸转换成原
卟啉 ;在氧气的作用下 ,原卟啉镁转换成叶绿素的
速度更是惊人。因此 , VHb表达造成氧有效浓度
的增加使叶绿素生物合成几个步骤增强和叶绿素
含量也增多。
图 2　尼古丁和烟碱生物合成
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注 :谷氨酰胺向丙氨酸的转换 ,丙氨酸向原卟啉的转换以及原卟啉镁向植基叶绿素的转换 ,以及植基叶绿素转换为叶绿素
图 3　需要氧叶绿素合成步骤
3. 2. 3 增强对水淹的忍受力 水淹往往延迟植物
的生长和显著降低作物的产量 ,长期水淹会导致植
物死亡。因此 ,改良作物对洪水 /淹没的容忍力很重
要。VHb基因可作为选育耐水淹 /水浸农业重要作
物品种的一个好工具。L i等 [ 35 ]报道应用 VHb基因
甘蓝 (B rassica oleraceavar. Capita ta )过量表达 ,以加
强其对水淹的忍受力。携带 VHb基因的幼苗长期
水淹后仍能健壮生长 ,而野生型对照的幼苗先变成
黄色 ,再变成棕色 ,最后死亡。长期水淹的野生型植
株总叶绿素含量急剧减少 ,而相同条件下的转基因
植物的总叶绿素含量变化不大。由于叶绿素含量高
表明光合作用大、植物生长快。
在有限土地上提供很多食物的水培法将在今后
农业生产中发挥重要的作用。然而 ,Mao等 [ 45 ]研究
显示缺氧仍是水培法的主要制约因素用矮牵牛作为
模型研究水培条件下 vgb在植物中表达 ,转基因矮
牵牛在水培条件下生长更好 ,比非转基因对照有较
好的耐渍水力 , VHb基因使植株在缺氧条件下提高
氧气在胞内的转运效率。
3. 2. 4 提高解毒性能 为了适应缺氧环境 ,植物
细胞会在缺氧情况下产生一氧化氮 ,一氧化氮是植
物对入侵的病原体产生抗性反应的一个重要的强而
有力的信号 [ 46, 47 ]。为了研究 VHb基因表达对亚硝
基胁迫的减轻作用 , Frey[ 8 ]将 VHb基因导入烟草植
株 ,分析培养细胞对亚硝基胁迫的反应。此外 ,当暴
露在硝基硝普钠 (单核苷酸多态性 ) ( SNP) 中时 ,
VHb表达培养株的提取物中 ,对一氧化氮敏感的乌
头酸酶的失活速度比转化对照慢得多。表明透明颤
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菌血红蛋白能够保护植物细胞减轻亚硝基胁迫压
力。然而 , VHb在烟草细胞内潜伏时间过长 ,其保
护作用就会失去 ,表明 VHb保护免受 RNS侵害的
能力有限。
4 结论和展望
透明颤菌血红蛋白给工业发酵和植物代谢工程
带来了很大的改善。事实上 ,也有许多已经在哺乳动
物细胞中试验成功的代谢工程事例。如 VHb基因在
中国仓鼠卵巢 (CHO细胞 )细胞中表达人类组织型纤
溶酶原 ( tPA) ,克隆出的特定 tPA产物比父母本 CHO2
tPA的繁殖体增大 40%～100% [ 48 ]。
本实验室应用 VHb基因在优化植物代谢工程
方面进行了相关研究 ,首次将 VHb基因 ( vhb)导入
到马铃薯中并观察到 VHb在马铃薯代谢过程中发
挥积极影响。由于马铃薯是一个很好了解基因的范
例 ,在细胞和分子生物学研究上它是具有重要经济
意义的植物 ,该工作将进一步揭示 VHb基因在植物
生长和代谢过程中的调控作用。
VHb基因在代谢工程上的成功应用对于细胞性
能的基因修饰与分析是适当工具 ,需要提供适应性。
生物信息学的发展加快基因的克隆和转化进程。此
外 ,一些强大的分析技术如气相色谱和质谱法 ( GC2
MS) ,核磁共振法 (NMR )和高效液相色谱指纹图谱
法 (HPLC fingerp rint)已被应用于代谢产物分析和细
胞性能分析。
参 考 文 献
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