玉米 rbcL 基因与兰藻 rbcS 基因定向融合及它们在宿主大肠杆菌中的表达

二磷酸核酮糖羧化酶/氧化酶(简称Rubisco, EC, 4.1.1.39)是绿色植物光合作用中参与固定CO2的关键酶。在高等植物，该酶是由8个分子量为55KD的大亚基(LSU)和8个分子量为14KD的小亚基(SSU)构成的16聚体。每个大亚基有四个活性中心，具有双向催化功能，其编码基因位于叶绿体基因组大单拷贝区;小亚基功能还不清楚，它由核基因组编码且有几个拷贝;未成熟小亚基N端有一段transit peptide，靠它的定向跨越叶绿体膜。迄今为止，取自几种植物材料的这二种亚基的氨基酸顺序和编码基因的核苷酸顺序分析业已完成。为该酶的遗传操作奠定了必要的基础。 由于Rubisco与人类利用太阳能和提高作物产量直接相关，所以成为通过生物技术进行改造的重大项目。 巢状假囊细菌(Anacyslis nidulans) R2是一种不含限制性内切酶的单细胞原核生物，能营光合作用，其Rubisco大亚基的氨基酸顺序与玉米的LSU同源性高达80%，但是第四个活性部位(Leu 456位)与玉米不同(Sys, 459位)，由此导致其对CO2的亲合力降低。另一方面，其rbcL与rbcS仅相隔93个bp，且同属一个操纵子。这意味着有可能用同源DNA片段等位交换的办法来改造其rbcL基因。 根据现有的资料，设计出玉米rbcL与兰藻rbcS定向重组于pUC119的兰图：先从pANP1155中切出0.7kb含蓝藻rbcS的PstI-HindIII片段，克隆进pUC119的lacZ启动子下游得pTAS28，采用Reverse primer作引物进行核苷酸顺序分析，确认蓝藻rbcS基因座落在pTAS28正链上。随后从pZmc460中切出包含玉米rbcL基因1.7kb的BglII-HincII片段，将它插入pTAS28的HincⅡ-BamHⅠ双酶切位点，得到pTMN3;为了比较，在另一个质粒pTMN7于1.7kb片段之前加进0.1kb的PstI-HaeIII蓝藻DNA。根据玉米rbcL基因核苷酸顺序（1218-1251）合成一个Oligonucleotide probe，对这三个质粒的总RNA抽提物进行Northern Blot，得到明显的杂交斑点;接着用菌体总蛋白冻干品进行了Western分析，并以新鲜的玉米和烟草叶片为对照，得到阳性结果。显然这二种基因重组之后仍能在宿主E. coli中正常表达。 真正的挑战应是下一步用上述二种质粒转化兰藻A. nidulans R2，考查其能否整合进基因组并表现出较低的氧化酶活性。