PBJ先锋人物传记系列质体基因组与

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HenryDaniell教授因其在叶绿体基因工程和植物分子医药方面的持续性突破而获得学术界的广泛认可。多年来，Daniell教授在植物分子医药领域的突出贡献一直处于国际领先地位，他开发了多种利用植物叶绿体表达的口服生物制药，用于治疗主要的代谢和遗传疾病，如阿尔茨海默病，糖尿病，高血压，血友病和视网膜病。同样他开发的一系列植物叶绿体表达的疫苗可用于预防全球传染病，如肺结核、疟疾、霍乱和脊髓灰质炎。Daniell教授是美国科学促进会（AAAS）会员，也是多年来第14位成为意大利国家科学院外籍院士的美国公民。他对生物技术的贡献得到了包括比尔和梅林达·盖茨基金会、拜耳血友病、美国糖尿病协会和美国心脏协会在内的几个组织的认可和资金资助。Daniell教授是PhylloZyme公司的技术创始人，这是一家生物技术初创公司，主要生产基于植物叶绿体表达的酶用于纺织、洗涤剂和食品/饲料相关的应用。他目前是宾夕法尼亚大学（UPeen）W.D.Miller教授和牙科医学院转化研究主任，同时也是该机构基础和转化科学系的副主席。Daniell教授也是《PlantBiotechnologyJournal》的创始编辑和现任主编。叶绿体基因工程：从概念到新冠病毒的防治，种族主义下艰难旅程的胜利我早年大部分时间都住在印度马德拉斯基督教学院(MCC)，学院里英亩的茂密树木，激发了我对植物的好奇心。我会因观察捕捉昆虫的猪笼草、结出头骨形状果实的树木、野生兰花、鲜艳的野花、以及季风雨中茂密的植被而兴奋，但也会因狐狸和蛇等野生动物的出没而感到害怕。我出生在印度的塞勒姆，在一个十二口之家排行第十，我的父亲是一个高等法院的法官。不幸的是，他在我12岁的时候去世了，我的大哥，一位MCC的英语教授，和我的母亲一起成为了我的监护人。我的专业是植物学，在本科和硕士期间，我非常喜欢收集本地植物而且还制作了数百张植物标本册。在读完一本关于居里夫人的书后，我被她对科学的热情所鼓舞，这也深刻地影响了我对科研事业的追求。我拒绝了去德国读博士的邀请，加入了MaduraiKamarajUniversity(MKU)攻读博士学位，在那里我爱上了光合作用。年毕业后，我获得了在伊利诺伊大学香槟分校(UIUC)的工作机会，并在那里对我的博士论文进行评估。在ConstantinRebeiz教授的实验室，我在体外进行了高效的叶绿素生物合成，其速率高于体内(年和年)。完成博士后培训后，我回到MKU，在那里我开发了一个细胞器系统，该系统可以合成一个全功能的光和系统I、基粒和光系统II，能够产生氧气。我开发出能够长时间合成蛋白质的叶绿体，长达8个小时(Danielletal.，a)。在MKU，由于白天不可预测的停电，我搭卡车去学校，在晚上做实验，因为晚上的供电比较稳定。在此期间，华盛顿州立大学BruceMcFadden教授以富布赖特学者身份访问了马里兰大学。我对推进叶绿体基因工程的热情和决心激起了他的兴趣，他给了我一个在WSU的长期职位。从年到年，我享受着从事叶绿体基因工程研究的梦想，并成为了美国永久居民(图1A,B)。

开创了叶绿体基因工程（叶绿体转化）的概念

因为叶绿体产生二磷酸核酮糖羧化酶，这是地球上最丰富的蛋白质，我想这些细胞器可以作为生物反应器来制造其他有用的蛋白质。叶绿体生物工程的概念是通过将外源基因引入到分离的叶绿体中，再将经过修饰的叶绿体引入原生质体中，从而使转基因植物再生。在20世纪70年代中期，白化原生质体摄取绿色叶绿体和绿色或杂色植物再生已被广泛报道(Bonnett;BonnettErickson,).。从那时起，我投入了自己的创造力和努力，利用分离的叶绿体建立一个高效持久的细胞器翻译系统。。在WSU，我使用分离的叶绿体和蓝绿藻提取物来了解DNA摄取的过程(Danielletal.,b;DaniellMcFadden,;)。令人欣慰的是，发表了第一个关于细菌和蓝藻基因的摄取和表达分离叶绿体的研究(DaniellMcFadden,)。在阅读了这些出版物后，时任美国国家科学院(NAS)和美国科学促进会(AAAS)主席的LawrenceBogorad教授邀请我于年休假访问哈佛大学。在此期间，康奈尔大学的JohnSanford教授设计了一种生物微粒传递系统，即所谓的基因枪，我们用我的叶绿体载体来演示第一个外来基因在叶绿体中的表达(Danielletal.)。Bogorad教授把这篇手稿交给PNAS，同时慷慨地拒绝了作者身份，然后在他的《质体的分子生物学》(Bogorad,)一书的序言的十几篇关键文章中自豪地引用了这篇文章。我们在PNAS上发表的论文创造了最早的叶绿体基因工程专利(DaniellMcFadden,年)，并促成了第一家基于叶绿体技术的生物技术公司——叶绿体公司的诞生。经过30年的研究，绝大多数转叶绿体研究使用的是我在年制作的第一个叶绿体DNA载体中引入的psbA调控序列(Danielletal.，a,b)。

叶绿体转化载体设计中的理念冲突

与基因枪的发明和叶绿体载体的创造相似，该领域的一个重要里程碑是aadA基因的鉴定及其在植物叶绿体转化体系中的应用(Goldschmidt-Clermont,)，它一种有效的叶绿体转化细胞的筛选标记，大大提高叶绿体转化的筛选效率，成功用于超过个外源基因引入叶绿体基因组。与罗格斯大学的PalMaliga教授的外源基因插入叶绿体基因组LSC区域转录沉默间隔区域的研究方法形成对比，我推测，插入到转录活性间隔区可以利用原生叶绿体操纵子的转录机制，增强外源基因的转录和翻译。我可以展示将外源基因插入反向重复区域以使转基因拷贝数加倍的优势，并利用拷贝校正机制加速同源性(Danielletal.，)。在侧翼序列中，叶绿体复制起点的存在为整合提供了更多的拷贝。这些以及在我的研究项目中发展起来的其他概念，尤其是密码子优化、多顺反子和操纵子(Kwonetal.，)，目前已经在全球多个涉及转叶绿体研究的实验室中使用(金双侠Daniell,;Danielletal，a,b)。

高等植物叶绿体基因工程兴起与兴盛

尽管烟草叶绿体基因组在年就被测序，但在20多年的时间里，只有5个其他作物的叶绿体基因组被测序。叶绿体调控序列具有物种特异性，其序列或结合蛋白保守性不强。同样，在草科的叶绿体基因组中，甚至没有一个基因间间隔区域是保守的，通过同源重组进行转基因整合需要%相同的间隔区域(Ruhlmanetal.，)。在实际应用中，利用外源调控元件进行转基因表达通常是行不通的，例如生菜psbA序列使转基因表达降低了80-97%，与内源性调控元件相比，烟草中的烟草序列与生菜中的烟草序列相反(Ruhlmanetal.，)。这促使我们对日常生活中使用的不同作物的叶绿体基因组进行测序，这些作物包括大豆、棉花、土豆、番茄、葡萄、柑橘、咖啡、胡萝卜、木薯、豇豆、可可、桃子、栗子、大麦、高粱、草坪草(Danielletal.，b)。但在这一领域还比较落后，因为在0种种植作物中，只有70个属对叶绿体基因组进行了测序。叶绿体载体设计概念的进步促进了外源基因在叶绿体中的表达，从而获得有价值的农艺性状。矮牵牛EPSPS基因(孟山都提供)通过叶绿体基因组的稳定表达使烟草在被喷洒商业除草剂的时候赋予其较高的草甘膦耐受性。转基因逃脱花粉和杂草亲缘关系的可能性，抓住这个有价值的特征是当时的主要