基于病毒的瞬时表达系统作为植物合成生物学的催化剂

《Journal of Integrative Agriculture》：Viral-based transient expression systems as catalysts for synthetic biology in plants

　　

王凯文|王楠

美国肯塔基州派克维尔市派克维尔大学文理学院数学与自然科学系，邮编41502

摘要

植物合成生物学在可持续生物技术、精准农业和重组蛋白生产方面具有巨大的潜力。然而，该领域仍面临诸多挑战，包括漫长的研发周期、基因沉默问题、转化效率低下以及稳定基因修饰相关的监管障碍。为克服这些瓶颈，基于病毒的瞬时表达系统应运而生，它们能够在无需基因稳定整合的情况下实现植物中的快速、高效且模块化的基因表达。农杆菌介导的病毒载体传递技术彻底改变了植物的“设计-构建-测试-学习”（DBTL）流程。这些平台有助于在模式植物（如烟草属植物）和可食用植物（如生菜）中高效表达合成电路、多基因代谢途径和治疗性蛋白。当与受控环境农业（CEA）系统结合使用时，瞬时表达技术能够提供一个封闭、可重复的环境，支持符合监管标准的生物制造。其应用包括基因电路的快速原型设计、通过CRISPR/Cas系统进行基因组编辑，以及单克隆抗体和疫苗等复杂生物制品的生产。ZMapp和Medicago的COVID-19 VLP疫苗等案例研究证明了这一方法的临床价值。新兴的创新技术，如合成病毒底盘、标准化元件库和人工智能驱动的构建优化，有望进一步提升瞬时表达技术在植物合成生物学中的地位。总体而言，这些进展正在塑造一个未来：植物有望成为可编程、可扩展的生物工厂，服务于健康和工业应用领域。