叶绿体基因组及其应用

摘要 作为植物细胞器的重要组成部分和光合作用的器官，叶绿体在生物进化的漫长历史中发挥了重要作用．伴随着生物技术的深入发展，人们发现叶绿体基因组结构和序列的信息在揭示物种起源、进化演变及其不同物种之间的亲缘关系等方面具有重要价值．与此同时，比核转化具有明显优势的叶绿体转化技术在遗传改良、生物制剂的生产等方面显示出巨大潜力，而叶绿体基因组结构和序列分析则是叶绿体转化的基石．基于叶绿体的这些重要作用，收集整理了有关的资料，从几个方面归纳了本领域最近的研究进展，希望能使读者对迅速发展的叶绿体基因组研究有更全面的了解，以及对叶绿体基因组在物种的进化、遗传、系统发育关系等方面的作用有更深刻的认识，同时也希望对叶绿体转化技术的研究和广泛应用产生积极作用．

叶绿体是质体的一种，因为绿色而得名，普遍存在于陆地植物、藻类和部分原生生物当中，是细胞内具有自主遗传信息的重要细胞器．由于光合作用发生在叶绿体内，因而成为推进早期生命进化的能量源头，全面了解叶绿体基因组及其在生物进化中的作用，对今后深入研究和充分发挥叶绿体功能具有重要意义．

1. 叶绿体基因组的结构特征

叶绿体基因组DNA(chloroplast DNA，cpDNA) 一般为双链环状分子，极少数为线状，如伞藻 cetabularia)．叶绿体基因组的大小差别也比较大，如微管植物叶绿体DNA一般为l20～160 kb， 其中被子植物120 kb，裸子植物如银杏 (Jinkgo bilob)为 158 kb， 石松(Huperzia lucidula)为154 kb，蕨类植物为l40～150 kb，苔藓类如地钱为120 kb．藻类尤其是绿藻的叶绿体基因组DNA的变化很大 ，小的只有37kb，如一种寄生性的绿藻(Helicosporidium sp.ex Simulium jonesii)，而伞藻的叶绿体基因组则高达2000 kb．

目前的研究结果表明，叶绿体基因组的结构非常保守．图1所示为烟草叶绿体基因组结构，双链环形DNA有4个基本部分组成，分别是大单拷贝区 (Large single copy region，LSC)，小单拷贝区(small single copy region，SSC)，反向重复区A (inverted repeat region A)，和反向重复区B(inverted repeat region B)．2个区域的序列相同但方向相反。