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| 积累蓝藻素的转基因农作物 | |||
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可生物降解塑料也能通过聚合氨基酸合成。例如，聚7谷氨酸、聚天冬氨酸，聚γ赖氨酸都可用来生产水凝胶和用作加厚剂或分散剂。蓝藻素是另一种高分子聚合物(25～125KDa)，经温和水解可生成聚天冬氨酸的同型共聚体(图2)。在自然界，许多蓝细菌细胞能合成和大量积累蓝藻素。催化蓝藻素合成的关键酶是蓝藻素合成酶。该酶催化连接天冬氨酸残基的肽键形成，也催化精氨酸与天冬氨酸羟基之间形成异肽键。合成生物可降解塑料的重要原料——聚天冬氨酸是可溶和无毒的，在任何有机体中都不能合成。因此，可利用基因工程技术，使蓝藻素合成酶基因在生物量大的植物中表达，在农作物组织中高水平合成积累蓝藻素，再提取和回收，以用于聚天冬氨酸和生物可降解塑料的生产。
Neumann等成功地将细菌蓝藻素合成途径导入烟草和马铃薯，获得了大量合成蓝藻素的转基因株系。他们从一种蓝细菌(Thermosynechococcus elongatus) BP-1菌株分离到蓝藻素合成酶基因(cphA)。将该基因编码区域序列插入植物组成性表达载体，然后将该表达载体导人烟草(Nicotiana tabacum)和马铃薯(Solanum tuberosum)基因组。在CaMV35S启动子的驱动下，蓝藻素合成酶基因在转基因烟草和马铃薯组织细胞中大量表达。检测发现，在其细胞质和细胞核中均有蓝藻素合成酶作用的产物，即蓝藻素的积累(不含靶向信号)。在转基因农作物组织细胞中，合成积累的蓝藻素有两种形式，即水溶性和非水溶性的。从转基因农作物组织中分离的水溶性聚合物能被蓝藻素酶和异天冬氨酰二肽酶所切割，进一步说明在转基因农作物组织细胞中所积累的聚合物就是蓝藻素，最大聚合度大约是125(即蓝藻素分子量与主要单聚体β－ Asp—Arg分子量的比率)。转基因烟草叶组织所合成的蓝藻素最大含量是叶干重的1．14％(其中0．37％是可溶性的，O．77％是不溶性的)。在这些转基因烟草株系的后代叶组织中，蓝藻素平均含量大幅上升，但可溶性蓝藻素的数量却降低。转基因马铃薯叶片中蓝藻素最大量是干重的0．24％(其中0．05％是可溶性的．0．19％是不溶性的)。转基因马铃薯植物块茎中产生的蓝藻素含量是叶组织含量的8．4倍。在电子显微镜下观察，发现转基因烟草和马铃薯叶片以及马铃薯块茎中积累的蓝藻素均为疏松聚集。
从表型上看，积累蓝藻素的转基因烟草和马铃薯具有比野生型叶片厚的斑片。转基因植物叶绿体的基粒片层数量少，体积小，生长速度缓慢。这些不良表型，可能是由于蓝藻素的大量合成导致细胞组织中氨基酸源库的亏损，或者是由于蓝藻素聚集干扰了细胞质的正常功能。这样的转基因农作物要商业化推广，还需要作进一步改进。改进的策略包括把蓝藻素合成酶基因定向导人到其他细胞器如叶绿体中，并使该基因高效表达。也可向这些转基因农作物导人其他提高氨基酸合成的基因，以满足蓝藻素积累对氨基酸的大量需求。还可考虑从其他蓝细菌(如Acinetobaaer或Desulfitobacterium hafniense)分离更多的蓝藻素合成酶基因，并进行遗传转化研究，以培育能更有效地大量合成和积累蓝藻素的转基因农作物。
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