211service.com
Mer exakt genteknik för växter
Genteknik av växter är en tidskrävande process. Metoder som för närvarande används för att leverera genetiska förändringar är oprecisa, så det är ofta nödvändigt att generera tusentals växter för att hitta en som råkar ha den önskade förändringen. Två tidningar i veckans Natur detaljera användningen av en genetisk teknologi som gör det möjligt för forskare att rikta in sig på växtgenom mer exakt. Metoden, som tidigare har använts i djur och i mänskliga celler, kan användas för att introducera en ny gen, göra små förändringar i befintliga gener eller blockera en gen från att uttryckas; det gör det också möjligt att införa flera olika genetiska förändringar i samma växt.
Genfixering: Med hjälp av en ny teknik ändrade forskare en gen i tobaksväxter för att göra dem resistenta mot herbicider. Växterna som visas till vänster kan trivas när de utsätts för herbicid, jämfört med kontrollväxterna till höger.
Vi har nu viss kontroll över växtens genetiska kod, säger Daniel Voytas , huvudförfattare till en av tidningarna och en genetiker vid University of Minnesota. Tekniken tillåter inte bara mer exakta förändringar, utan den ökar avsevärt effektiviteten i att generera genetiskt modifierade växter för användning som mat eller bränsle, eller för att absorbera kol och rena miljön. Om du kan leverera en gen till samma plats varje gång med precision, kan det förändra det reglerande landskapet och minska kostnaderna för att skapa dessa transgena växter, säger han.
Vipula Shukla, en vetenskapsman vid Dow AgroSciences , som ledde den andra studien, säger att för växtforskare är alla konventionella verktyg som är tillgängliga för oss baserade på metoder som gör slumpmässiga modifieringar av växtgenom. Dessa metoder inkluderar användning av en bakteriell vektor för att överföra DNA till en växtcell, eller fysiskt sprängning av DNA-belagda partiklar i celler. DNA introducerade dessa sätt, säger Shukla, kan landa var som helst inom växtens arvsmassa och ha oavsiktliga biverkningar som att ändra en befintlig gen eller producera flera kopior av genen av intresse. Forskare genererar vanligtvis många växter och screenar dem sedan för att hitta de där den önskade förändringen var framgångsrik.
Båda de nya studierna – en leddes av Dow och en annan av ett akademiskt konsortium – använde en geninriktningsteknologi som kallas zinkfingernukleaser – syntetiska proteiner som kan rikta in sig på platser i genomet och göra specifika genetiska förändringar.
Zinkfingernukleaser fungerar genom att bryta båda DNA-strängarna på ett specifikt ställe i genomet. Detta dubbla avbrott uppmanar cellens eget reparationsmaskineri att åtgärda sprickan. Maskineriet kommer ofta att söka efter en bit av DNA som liknar den skadade regionen för att kopiera och klistra in i genomet. Genom att förse en bit DNA som innehåller sekvenser från den ursprungliga genen med de önskade förändringarna – antingen tillägget av en ny gen eller en förändring i sekvensen – kan forskare få cellen att ändra den genetiska koden när den reparerar brottet. Tekniken kan också användas för att blockera en gen genom att dra fördel av en annan reparationsmekanism där cellen helt enkelt sammanfogar de två trasiga ändarna igen, vilket ofta raderar eller infogar nya DNA-sekvenser i reparationsstället, vilket resulterar i DNA-kod som kan inte läsas ordentligt.
Dow-gruppen använde metoden för att införa två förändringar i majs, en växt som ofta används för djurfoder. Forskarna riktade in sig på en gen som är involverad i produktionen av fytater, kemikalier i majs som de flesta djur inte kan smälta, och använde genen som en landningsplatta för att infoga en annan gen som ger växten tolerans mot herbicider. Samtidigt störde de målgenen så att växten producerar färre fytater, som Shukla säger också kan samlas som avfall i vattenavrinning från gårdar. Möjligheten att stapla önskade egenskaper på detta sätt är inte lätt att utföra med befintliga teknologier.
Den akademiska gruppen använde en liknande metod, utvecklad av Zinkfingerkonsortium , ett internationellt team av forskare som har åtagit sig att utveckla en allmänt tillgänglig plattform för att konstruera zinkfingernukleaser. Istället för att lägga till en ny gen i en växt använde forskarna zinkfingernukleaser för att introducera en förändrad genetisk sekvens i en befintlig gen i tobaksväxter; proteinet som kodas av genen är ett mål för herbicider, och förändringarna gör växterna herbicidresistenta. Voytas säger att att kunna göra sådana subtila förändringar inom en gen kommer att ge forskare ett nytt sätt att studera växtbiologi.
Metoden kräver fortfarande generering av flera växter och screening av dem för att hitta de som framgångsrikt har ändrats, men siffrorna är i tiotals eller hundra, snarare än tusentals eller tiotusentals. Shukla uppskattar att tekniken minskar tiden som krävs för att konstruera en anläggning med ungefär hälften. Metoden kräver också skapandet av zinkfingernukleaser som är specifika för en viss applikation. Shukla säger att Dow redan använder sin plattform för att skapa molekylerna över sina interna produkter såväl som i akademiska forskningsprojekt, och de planerar att licensiera tekniken för akademisk, kommersiell och humanitär användning. Voytas säger att Zinc Finger Consortium gör sin metod tillgänglig offentligt och kommer att erbjuda utbildningssessioner i tekniken.
Matthew Porteus , en biokemist vid University of Texas i San Antonio, som skrev en åtföljande ledare i Natur , säger att de två artiklarna är de första exemplen på utredare som har valt en gen av intresse, designat zinkfingernukleaser för den genen och använder nukleaserna för att skapa specifika modifieringar i växter. Porteus, som har undersökt zinkfingernukleaser som en metod för genterapi hos människor, säger att intresset för zinkfingernukleaser har ökat de senaste åren. De används som ett sätt att skapa exakta mutationer i zebrafiskar, och en klinisk prövning på människa har precis börjat som kommer att testa användningen av zinkfingernukleaser för att skapa genetiska förändringar i T-cellerna hos patienter med HIV, med hopp om att göra deras celler bättre kan bekämpa infektioner.