基因工程工具可以更快 更輕松地生產(chǎn)出改良后的植物

植物的基因組很大。來自日本的稀有花朵的基因組是人類的50倍。這些巨大的基因組以及相關(guān)的大型基因可能使植物科學家難以進行精確的遺傳改變以提供對新害蟲的抗性或研究植物如何生長的基礎(chǔ)知識。

將遺傳變化引入大片段DNA的一種方法稱為重組。但是，重組并不是植物科學家常用的方法。北卡羅來納州立大學的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一套新的遺傳工具，可以使植物基因的重組更快，更容易。他們在發(fā)表在《植物細胞》雜志上的最新論文中分享了他們的方法。他們還通過擬南芥生物資源中心提供了該工具集。

威廉·尼爾·雷諾茲(William Neal Reynolds)植物與微生物生物學教授何塞·阿隆索說：“在此之前，除非您在一個專門研究大型DNA的專業(yè)實驗室中擁有大量分子生物學經(jīng)驗，否則您不太可能采用重組。”和這篇論文的資深作者。“我們的希望是，通過使其更易于使用，任何分子生物學實驗室都應該能夠與這些新工具進行重組。它們應該是很好的資源。”

他補充說，該工具集將提高基礎(chǔ)植物科學的準確性和可靠性。這一基礎(chǔ)科學為創(chuàng)新抗蟲性，增產(chǎn)和延長生長季節(jié)奠定了基礎(chǔ)。

“使用這個工具集，我們可以插入感興趣基因的額外副本，而不是在染色體中修飾該基因，但是該基因被在染色體中調(diào)節(jié)該基因的相同大側(cè)翼DNA序列包圍。”植物和微生物生物學副教授，論文的合著者安娜·斯蒂芬諾娃(Anna Stepanova)說。“這使我們能夠捕獲基因的正常環(huán)境，從而捕獲基因何時何地開啟和關(guān)閉。”

她說，包括這些背景信息可以使植物科學家收集更準確的信息，無論他們對參與植物生長的基因還是有害生物的防治感興趣。

該工具集可用于在幾乎任何植物物種中進行基因修飾，包括玉米，水稻和西紅柿等農(nóng)作物，但在經(jīng)過充分研究的植物(如擬南芥)中更容易使用，阿隆索說。擬南芥是一種與卷心菜和芥末有關(guān)的小植物，對許多植物科學家而言，它是“實驗鼠”。

該工具集中的遺傳工具包括那些用于在目標蛋白質(zhì)上添加發(fā)光標簽以追蹤其在生長中的植物中的位置的工具。輕松修剪掉多余或有問題的DNA序列的工具;以及使新修飾的目的基因更容易轉(zhuǎn)移到植物中的工具。

工具集和團隊的協(xié)議是可擴展的。Stepanova說，它們可以用于修飾單個基因，也可以用于高通量研究中，一次研究整個基因組，共96個基因。但是，她希望大多數(shù)研究人員將使用該工具集來研究10至20個相關(guān)蛋白質(zhì)。

Stepanova說，研究人員還可以使用該工具集將多個修飾的基因插入單個植物中，甚至可以插入整個系列的基因來產(chǎn)生有價值的化合物，例如某些藥物。

該工具集是在過去八年中逐步構(gòu)建的，因為阿隆索-斯蒂芬諾瓦實驗室的其他項目需要使用該工具。研究學者哈維爾·布魯莫斯(Javier Brumos)和趙成松(Chengsong Zhao)主要參與了工具集的創(chuàng)建，盡管三名本科生也參與了該項目。

阿隆索說：“學生們熟悉重組中的一些分子技術(shù)和方法，這對他們從事的任何職業(yè)都非常有用。” 他補充說，其中一個學生嚴功在斯坦福大學的研究生院學習。另一位大衛(wèi)·索里亞諾(David Soriano)正在醫(yī)學院接受采訪。第三位是Arjun Patel，是NC State的大三學生。

為了測試該工具集，研究團隊在涉及植物激素生產(chǎn)的96個基因中添加了黃色熒光標簽。然后他們將標記的基因轉(zhuǎn)移到細菌中，然后將標記的基因插入到擬南芥花的細胞中。這些花產(chǎn)生的種子中長出的一些幼苗接受了修飾的基因，并發(fā)黃光(在某些條件下)。研究人員研究了這些發(fā)光的黃色蛋白的產(chǎn)生時間和位置，以了解植物何時何地在哪里產(chǎn)生或響應生長激素生長素。