В ходе открытия, направленного на ускорение разработки перспективных культур для реактивного биотоплива, ученые из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики разработали способность вводить несколько генов в растения за один шаг.
«По мере того, как мы пытаемся достичь цели создания авиационной отрасли с нулевым выбросом углерода к 2050 году с помощью экологичных видов топлива, перед нами стоят огромные задачи — технические, экономические и биологические», — сказал Джерри Тускан, главный исполнительный директор Центра инноваций в области биоэнергетики под руководством ORNL . или CBI, который руководил исследованием. «Возможность тестировать несколько генов одновременно ускорит этот процесс и повысит вероятность того, что мы достигнем национальной цели по замещению 100% авиационного топлива на нефтяной основе к 2050 году».
Техника трансформации растений, известная как стекинг генов, заменяет кропотливый метод встраивания одного гена за раз в ДНК целевого растения, а затем секвенирование растения, чтобы убедиться, что гены находятся в нужном месте и имеют правильную ориентацию для запуска желаемые физические качества.
Гены не работают в вакууме. Сложные черты, которые нужны исследователям, такие как более быстрый рост и устойчивость к засухе, часто контролируются несколькими генами. Традиционная генная инженерия включает в себя добавление одного гена и связанного с ним биохимического механизма к растениям, доказательство того, что оно работает, затем взятие этого растительного материала и трансформация его во второй раз с помощью другого гена и доказательство того, что оно работает, затем третьего гена и так далее, в комплексе, трудоемкий процесс.
«Гораздо эффективнее, если вы можете сделать все это за одно преобразование», — сказал Тускан, который также участвовал в исследовании.
Ученые ORNL создали новый метод доставки, используя белковые сегменты, называемые интеинами, которые обладают естественной способностью отделяться от более крупных белков, а затем соединяться вместе для создания новых белков. Исследователи использовали интеины для создания разделенной селективной маркерной системы, которая одновременно вставляла четыре гена в растения, включая гены, которые «маркируют» или идентифицируют трансформированные клетки, поддерживают их стабильность и делают изменения обнаруживаемыми биосенсорами.
Методика, описанная в журнале Communications Biology, была продемонстрирована на табаке, модельном растении Arabidopsis thaliana и тополе в качестве исходного биомассы.
Полученные гибриды были исследованы с использованием разработанных ORNL биосенсоров на основе света, которые показали, что новые гены были интегрированы в растение. Выводы были подтверждены исследованием ДНК растений.
Проект «является результатом многолетних исследований CBI, направленных на создание устойчивого биоэнергетического сырья, которое растет в далеко не идеальных условиях», — сказал руководитель проекта ORNL Сяохан Ян. «Мы хотим наделить тополь такими качествами, которые сделают его экономически выгодным для выращивания и переработки в топливо для реактивных двигателей». По словам Янга, новая возможность объединения генов легко внедряется в существующие конвейеры трансформации растений, обеспечивая при этом гораздо более быстрые результаты.
В рамках своей миссии по созданию устойчивого непродовольственного сырья для чистого авиационного топлива CBI идентифицировала гены, которые контролируют такие характеристики растений, как более высокая урожайность, состав биомассы, который легче перерабатывается в биотопливо, и засухоустойчивость.
Ян и его коллеги начали работу над итерацией метода одновременной вставки 12 генов — 10, связанных с биологическими функциями тополя, и двух маркеров. Янг сказал, что вполне возможно, что этот метод можно усовершенствовать, чтобы поддерживать наложение до 20 генов.
«Мы продемонстрировали, что можем применять эти новые методы для строительства заводских конструкций предсказуемым и более эффективным способом, требующим меньше последующих проверок и испытаний», — сказал Тускан. Новая возможность «выходит за рамки постепенного улучшения существующей технологии и является кульминацией усилий многих людей, что представляет собой значительный шаг вперед в нашей способности трансформировать растения».
Теги: биотехнологии, растения
