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(lái)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(xué)家難以進(jìn)行精確的遺傳改變以提供對(duì)新害蟲的抗性或研究植物如何生長(zhǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)。

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(xué)家常用的方法。北卡羅來(lái)納州立大學(xué)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?cè)诎l(fā)表在《植物細(xì)胞》雜志上的最新論文中分享了他們的方法。他們還通過(guò)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(xué)教授何塞·阿隆索說(shuō)：“在此之前，除非您在一個(gè)專門研究大型DNA的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室中擁有大量分子生物學(xué)經(jīng)驗(yàn)，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(guò)使其更易于使用，任何分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室都應(yīng)該能夠與這些新工具進(jìn)行重組。它們應(yīng)該是很好的資源。”

他補(bǔ)充說(shuō)，該工具集將提高基礎(chǔ)植物科學(xué)的準(zhǔn)確性和可靠性。這一基礎(chǔ)科學(xué)為創(chuàng)新抗蟲性，增產(chǎn)和延長(zhǎng)生長(zhǎng)季節(jié)奠定了基礎(chǔ)。

“使用這個(gè)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(xué)副教授，論文的合著者安娜·斯蒂芬諾娃(Anna Stepanova)說(shuō)。“這使我們能夠捕獲基因的正常環(huán)境，從而捕獲基因何時(shí)何地開啟和關(guān)閉。”

她說(shuō)，包括這些背景信息可以使植物科學(xué)家收集更準(zhǔn)確的信息，無(wú)論他們對(duì)參與植物生長(zhǎng)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(jìn)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(guò)充分研究的植物(如擬南芥)中更容易使用，阿隆索說(shuō)。擬南芥是一種與卷心菜和芥末有關(guān)的小植物，對(duì)許多植物科學(xué)家而言，它是“實(shí)驗(yàn)鼠”。

該工具集中的遺傳工具包括那些用于在目標(biāo)蛋白質(zhì)上添加發(fā)光標(biāo)簽以追蹤其在生長(zhǎng)中的植物中的位置的工具。輕松修剪掉多余或有問(wèn)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(tuán)隊(duì)的協(xié)議是可擴(kuò)展的。Stepanova說(shuō)，它們可以用于修飾單個(gè)基因，也可以用于高通量研究中，一次研究整個(gè)基因組，共96個(gè)基因。但是，她希望大多數(shù)研究人員將使用該工具集來(lái)研究10至20個(gè)相關(guān)蛋白質(zhì)。

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

該工具集是在過(guò)去八年中逐步構(gòu)建的，因?yàn)榘⒙∷?斯蒂芬諾瓦實(shí)驗(yàn)室的其他項(xiàng)目需要使用該工具。研究學(xué)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(xiàng)目。

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

為了測(cè)試該工具集，研究團(tuán)隊(duì)在涉及植物激素生產(chǎn)的96個(gè)基因中添加了黃色熒光標(biāo)簽。然后他們將標(biāo)記的基因轉(zhuǎn)移到細(xì)菌中，然后將標(biāo)記的基因插入到擬南芥花的細(xì)胞中。這些花產(chǎn)生的種子中長(zhǎng)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(shí)間和位置，以了解植物何時(shí)何地在哪里產(chǎn)生或響應(yīng)生長(zhǎng)激素生長(zhǎng)素。