植物生物反应器，又称“分子农场”，是当今植物基因工程研究的热点领域。应用植物生物反应器生产药用蛋白具有成本低、易于储存和运输、无对人有害的病原体污染等优势。　　 传统的核转化技术已被广泛地应用于药用蛋白的生产。外源蛋白通过核转化可以在胞质中积累，或与定位信号肽融合后在叶绿体中积累。随着叶绿体转化技术的发展和改进，“分子农场”更加引入注目，同时具有了更广阔的应用前景。叶绿体转化较传统的核转化有很多优势，如很高的外源蛋白表达量、无位置效应和基因沉默现象、可用多顺反子方式表达多个基因、高生物安全性等。　　 本研究首次将两种药用蛋白TRAIL（肿瘤坏死因子相关凋亡配体）和IL-6(白细胞介素-6)分别在烟草中表达。　　 TRAIL蛋白是肿瘤坏死因子相关凋亡配体(TNF)家族的成员，TRAIL与其可溶性部分(sTRAIL)均可选择性诱导肿瘤细胞的凋亡，而对正常的细胞没有显著影响。因此它们都是很有潜力的抗癌药物。目前TRAIL作为抗癌治疗蛋白已经进入临床Ⅱ期的研究。　　 本研究首先将sTRAIL的编码序列转化到核基因组和叶绿体基因组中。在核转化中，通过构建不含和含有来自豌豆Rubiseo小亚基的叶绿体定位信号序列的转化载体，使sTRAIL能够分别在胞质和叶绿体中积累。通过PCR和Southern反应，鉴定了两个叶绿体转化的烟草株系(T3和T8)。RT-PCR结果显示，这两个株系中的$TRAIL的mRNA正常转录。经过Western杂交鉴定，在这两个株系的生长初期，都检测到了sTRAIL蛋白的积累。但是随着继代培养的进行，sTRAIL的积累水平在两个株系间差异很大。通过ELISA试验对这两个株系的sTRAIL表达水平进行定量，结果显示sTRAIL在转化株糸T3中约占可溶性总蛋白的0.9％。实验中也获得了一些核转化的烟草株系，分别为叶绿体定位表达株系和胞质表达株系。所有这些株系都可以正常转录sTRA儿的mRNA。虽然部分叶绿体定位表达sTRAIL蛋白的株系可以检测到该蛋白的积累，但是其积累水平仅为叶绿体转基因株系的1/40。而没有进行定位表达的核转化株系外源蛋白的积累量则更低。　　 IL-6是一种多效的细胞因子，具有很多生理功能，如刺激细胞生长、促进细胞分化、恢复辐射致损的造血和免疫功能。IL-6在机体的免疫调节、免疫应答、炎症反应、造血调控和一些疾病的发生过程中起了关键性的作用。由于传统的直接提取法制备价格昂贵、产量较低，严重阻碍了IL-6的相关研究和应用。本研究中将人IL-6蛋白在烟草的叶绿体中进行了表达，获得了两个叶绿体转化株系。然而尽管可以通过RT-PCR检测到两个株系中1L-6基因的转录，但在Western检测中却没有发现其蛋白的积累。IL-6在大肠杆菌中的表达实验也非常困难。IL-6在原核起源的叶绿体中的低表达水平可能是由于其部分密码子在原核mRNA翻译系统中是稀有密码子。．在叶绿体转化的烟草株系中，由于外源基因的插入，发生了叶绿体基因组上的非预期重组现象。叶绿体基因组的重组参与了叶绿体基因组DNA的复制、修复等途径，在维持叶绿体基因组DNA的稳定过程中起着重要的作用。本研究中共发现了三种非预期的重组现象，并通过PCR、反向PCR及鸟枪法克隆技术，确定了可通过同向重复诱发重组的热点序列，分别为395 bp的psbA基因3’UTR序列，23 bp的I6S rrn基因启动子的下游序列，15bp，rbcL基因的5UTR序列。经验证，395bp的psbA基因3UTR同向重复引发的重组导致了编码光系统II的核心蛋白D1蛋白的psbA基因由叶绿体基因组环化脱落，从而导致了黄化及斑叶两种异常的表型。23bp和15bp的同向重复序列引发的重组导致叶绿体基因组DNA中一段很长的序列缺失(大于50kb)。这些重组后的叶绿体基因组DNA经过超过1年的9轮同质化继代培养后仍然可以检测到。因此，这些重组情况的鉴定为叶绿体基因组DNA重组，特别是由热点短序列诱发的重组的机理研究奠定了初步的基础。