Kukurydziane minichromosomy transporterami wielu genów
Marta Pieszko | 2007-10-22
Nowa metoda konstruowania sztucznych roślinnych chromosomów z małego kolistego naturalnie występującego roślinnego DNA może być stosowana do transportowania jednocześnie wielu genów do roślin we wczesnym stadium rozwoju embrionalnego, gdzie ulegną one ekspresji, zduplikowaniu przy podziale komórki a następnie przekazaniu następnej generacji roślin.
Badania zostały opublikowane w październikowym wydaniu PLoS-Genetics. Zespół naukowców wykazał, że ich „kukurydziane minichromosomy” (MMC - maize mini-chromosomes) mogą wprowadzać całe kasety genowe do rośliny na drodze, która jest strukturalnie stabilna i funkcjonalna. Wczesne rezultaty badań sugerują, że MMC mogą być utrzymywane w komórce bez końca.
„Być może jest to „narzędzie”, o którym już dawno naukowcy a także farmerzy marzyli” mówi Daphne Preuss, profesor genetyki molekularnej i biologii komórki z Uniwersytetu w Chicago. „Ta technologia może być stosowana do zwiększenia odporności, płodności oraz wartości odżywczych zbóż. Mogłoby to poprawić wydajność produkcji etanolu oraz innych biopaliw. Ponadto umożliwiłoby to roślinom przy niskich kosztach produkcji tworzenie kompleksowych związków biochemicznych, takich jak leki.”
„Metoda ta również skróciłaby o jeden do dwóch lat każdy nowy projekt transgeniczny” mówi Preuss, która zamierza wprowadzić tą technologię na rynek. „Dzięki temu będzie możliwe uzyskanie lepszego produktu w krótszym czasie, co znacznie zredukuje koszty.”
Produkcja transgenicznych roślin, włączając w to ryż, polega na tym, że włącza się fragmenty DNA do chromosomu gospodarza. Może to zakłócić ważne naturalne geny lub doprowadzić do ograniczonej lub rozregulowanej ekspresji włączonego genu. Obecnie, aby dodać pojedynczy gen, naukowcy tworzą setki transgenicznych roślin, w których nowy gen jest losowo wstawiany do chromosomu roślinnego. Następnie poszukują oni roślin o zmienionym genie, znajdują nieliczne, które mogłyby być odpowiednie do komercyjnego użytku. W przypadku chęci wstawienia dwóch genów, tworzy się dwa razy więcej nowych roślin, poszukuje roślin o zmienionym jednym genie, a następnie krzyżuje się je by uzyskać oba zmienione geny w jednym osobniku.
Zamiast tego, Preuss wraz z zespołem skonstruowali MMC zawierające sekwencje DNA pochodzące z centromerów kukurydzy. Zamiast wstawiania nowych genów losowo do naturalnych roślinnych chromosomów, te minichromosomy pozostają oddzielne. W rezultacie nowe geny mogą być wprowadzane w zdefiniowanej sekwencji, gdzie każdy gen otoczony jest pożądanym mechanizmem regulatorowym. Rezultatem tego jest bardziej kontrolowana ekspresja genów. Kaseta genów jest przenoszona jako jedność podczas podziału komórki, podobnie jak na następną generację roślin.
W opublikowanych badaniach naukowcy scharakteryzowali zachowanie się minichromosomów kukurydzy w czterech generacjach. Używając genu koloru czerwonego jako markera, wykazali, że wstawione geny ulegają ekspresji „ w prawie każdej komórce liścia, co wskazuje na stabilność podczas mitozy” – procesu kiedy komórka podwaja liczbę swoich chromosomów by wytworzyć dwie identyczne komórki siostrzane. Wykazano również że MMC wydajnie przechodzą podczas mejozy. Kukurydziane minichromosomy zachowują się jak zwyczajne chromosomy.
W 2006 roku Amerykańska firma biotechnologiczna Chromatin Inc. otrzymała patent o numerze 7,119,250 i posiada wyłączne prawo do użytkowania technologii minichromosomów we wszystkich gatunkach roślin. W maju 2007 roku firma Monsanto nabyła prawa do wykorzystania technologii minichromosów od firmy Chromatin w zakresie zboża, bawełny, soi oraz rzepaku.
USA by ograniczyć import oleju oraz zredukować gazy cieplarniane, ma nadzieję podwoić zużycie enatolu na biopaliwo do 2012 roku i zwiększyć poczwórnie do roku 2022. Z powodu zwiększenia zapotrzebowania, ceny zboża mogą wzrosnąć około 50% w ciągu roku. Preuss ma nadzieję, że zastosowanie technologii minichromosomów na innych roślinach, m.in. trzcinie cukrowej czy prosie rózgowatym, które również mogą być stosowane jako źródło biopaliwa, pozwoli na uniknięcie tego.
Źródło:
1. newswise.com, “Transgenics Transformed: Maize Mini-chromosomes Can Add Stacks of Functional Genes to Plants” 11.10.2007.
2. genetics.plosjournals.org , “Meiotic Transmission of an In Vitro–Assembled Autonomous Maize Minichromosome” by Shawn R. Carlson, Gary W. Rudgers, Helge Zieler, Jennifer M. Mach, Song Luo, Eric Grunden, Cheryl Krol, Gregory P. Copenhaver, Daphne Preuss.
3. http://www.medicalnewstoday.com, “Attaching Genes To Minichromosomes In Maize May Lead To Resistant Crop Development, Medically Important Proteins And Metabolites”, 17 May 2007.