Новый подход «складывает» гены для более быстрой трансформации растений

9 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Стефани Си, Национальная лаборатория Ок-Ридж

В открытии, направленном на ускорение разработки технологичных культур для производства биотоплива для реактивных двигателей, ученые из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработали возможность вводить в растения несколько генов за один этап.

«Поскольку мы пытаемся достичь цели создания авиационной отрасли с нулевым выбросом углекислого газа к 2050 году с помощью экологически чистого топлива, перед нами стоят огромные задачи — технические, экономические и биологические», — сказал Джерри Тускан, главный исполнительный директор Центра биоэнергетических инноваций под руководством ORNL. или CBI, который руководил исследованием. «Возможность одновременно тестировать несколько генов ускорит этот процесс и повысит вероятность того, что мы достигнем национальной цели по замене 100% авиационного топлива на нефтяной основе к 2050 году».

Метод трансформации растений, известный как штабелирование генов, заменяет кропотливый метод вставки одного гена за раз в ДНК целевого растения с последующим секвенированием растения, чтобы убедиться, что гены находятся в нужном месте и имеют правильную ориентацию, чтобы вызвать желаемые физические качества.

Гены не действуют в вакууме. Сложные черты, которые нужны исследователям, такие как более быстрый рост и устойчивость к засухе, часто контролируются несколькими генами. Традиционная генная инженерия предполагает добавление к растениям одного гена и связанного с ним биохимического механизма, доказывание его работы, затем взятие этого растительного материала и его повторную трансформацию с помощью другого гена и доказательство его работы, затем третьего гена и так далее в комплексе. трудоемкий процесс.

«Гораздо эффективнее, если вы сможете сделать все это за одну трансформацию», — сказал Тускан, который также участвовал в исследовании.

Ученые ORNL создали новый метод доставки, используя сегменты белков, называемые интеинами, которые обладают естественной способностью отделяться от более крупных белков, а затем снова соединяться для создания новых белков. Исследователи использовали интеины для создания системы разделенных селектируемых маркеров, которая одновременно вставляла в растения четыре гена, включая гены, которые «маркируют» или идентифицируют трансформированные клетки, поддерживают их стабильность и делают изменения обнаруживаемыми биосенсорами.

Техника, описанная в журнале Communications Biology, была продемонстрирована на табаке, модельном растении Arabidopsis thaliana и тополе, являющемся сырьем для биомассы.

Полученные гибриды были исследованы с использованием разработанных ORNL световых биосенсоров, которые показали, что новые гены были интегрированы в растение. Результаты были подтверждены исследованием ДНК растений.

Этот проект «является результатом многолетних исследований в CBI, направленных на создание выносливого биоэнергетического сырья, которое растет в далеко не идеальных условиях», - сказал руководитель проекта ORNL Сяохань Ян. «Мы хотим объединить свойства тополя, которые сделают его экономически выгодным для выращивания и переработки для производства топлива для реактивных двигателей». По словам Янга, новая возможность штабелирования генов легко реализуется в существующих конвейерах трансформации растений, обеспечивая при этом гораздо более быстрые результаты.

В рамках своей миссии по разработке экологически чистого непищевого сырья для чистого авиационного топлива CBI определила гены, которые контролируют такие характеристики растений, как более высокая урожайность, состав биомассы, который легче перерабатывать в биотопливо и устойчивость к засухе.

Ян и его коллеги начали работу над версией метода, позволяющей вставить 12 генов одновременно: 10 из них связаны с биологическими функциями тополя и два маркера. Ян сказал, что вполне возможно, что эту технику можно усовершенствовать, чтобы обеспечить возможность объединения до 20 генов.