华南农业大学祝钦泷研究员与刘耀光院士系统总结植物分子农场的应用与发展前景

近日，华南农业大学生命科学学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室、岭南现代农业科学与技术广东省实验室祝钦泷研究员与刘耀光院士团队在国际著名学术期刊《Trends in Biotechnology》（影响因子19.536，工程技术一区，生物工程技术领域排名3/159）在线发表了题为“Molecular farming using transgenic rice endosperm”的综述论文（论文链接地址：https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2022.04.002）。该论文系统总结了水稻胚乳作为生物反应器的优缺点、对分子农场概念提出了新的见解，并对如何提高目标产物含量及其面临的挑战进行了讨论，展望了利用水稻胚乳为代表的植物分子农场的未来发展方向。
 
　　植物表达系统具有低成本、可扩展、安全且环保的特点。传统分子农场，就是利用常规基因工程方法在植物生物反应器中生产各种重要的生物医药的目标产物。由于不同于一般的以微生物或动物细胞所生产的蛋白药物，分子农场所生产的医用蛋白质没有人类病原或微生物毒素等安全顾虑。近期加拿大卫生部批准了世界首个植物来源的新冠病毒疫苗COVIFENZ?，由于其生产优势明显、安全性良好，使得分子农场的发展受到越来越多的关注。伴随着植物合成生物学与基因编辑技术（如多基因堆叠系统TGSII和基因编辑系统CRISPR/Cas）的快速发展，多种营养素和复杂的生物活性物质实现了在植物（作物）中的合成。而传统的植物分子农场概念（采用常规基因工程方法表达少数基因，主要用于生产医用蛋白等）显然已不能满足当前的发展需要。为此，该综述提出了分子农场概念的新见解，将其从生产医用目标产物延伸到开发具有重要营养素和生物活性物质的功能作物领域，并系统总结了水稻胚乳作为反应器在分子农场的应用与未来发展方向。
 
　　水稻胚乳是理想的生物反应器，因其遗传与生物信息资源丰富、具有表达复杂蛋白的能力、提取和处理目标产物的简易性、低的生产成本和较少的生物安全隐患等优点，已被广泛用于分子农业生产重组医用蛋白多肽和生物活性物质，如抗原和疫苗/口服疫苗、抗体、药用蛋白质和多肽、维生素和矿物质、类黄酮、花青素和多酚（如作者前期创制的富含植物营养素花青素的“紫晶米”）、以及类胡萝卜素（如富含高级类胡萝卜素虾青素的功能型水稻新种质“赤晶米”）。 基于目前分子农场的现状，该综述提出了增强水稻胚乳生物合成产量的策略，指出了水稻胚乳作为分子农场面临的挑战，并总结了一些相应的解决方案。最后，作者提出了未来通过调整法律法规和促进多学科合作，完善规模化生产，用水稻胚乳提供更多有价值的生物产品，如可用于低成本、大规模生产针对SARS-CoV-2的佐剂植物源性疫苗CoVLP等。
 
　　祝钦泷研究员为论文的第一作者和通讯作者；刘耀光院士指导了论文的写作，博士后谭健韬（现入职广东省农科院水稻所工作）作为共同作者参与了论文的写作。该工作得到了广东省基础与应用基础研究重大项目、国家自然科学基金、岭南现代农业重点实验室项目和广东特支计划科技创新青年拔尖人才专项资助。 （文图/生命科学学院）



日期：2022-05-30