НОВОСТИ

В США повысили устойчивость растений к засухе и заболеваниям с помощью нанотрубок

Исследователи Массачусетского технологического института разработали новый генетический инструмент, который мог бы облегчить создание сельскохозяйственных культур, устойчивых к засухе и грибковым заболеваниям. Уникальная технология заключается в использовании наночастиц для доставки генов в хлоропласты растительных клеток. Она работает со многими различными видами растений, включая шпинат и другие овощи.

Новая стратегия может помочь селекционерам преодолеть трудности, связанные с генетической модификацией растений. В настоящее время данная технология является сложным и длительным процессом, который необходимо адаптировать к конкретным видам растений, подвергающимся изменениям.

«Это универсальный механизм, который работает для всех видов растений», — заявил профессор химических технологий в MIT Майкл Страно.

Господин Страно и заместитель заведующего Лабораторией наук Temasek в Национальном университете Сингапура и почетный профессор Университета Рокфеллера Нам-Хаи Чуа являются старшими авторами исследования.

«Это важный первый шаг к трансформации хлоропластов. Данный метод может быть использован для быстрого скрининга генов-кандидатов на экспрессию хлоропластов в широком спектре сельскохозяйственных растений», — отметил госпдин Чуа.

Несколько лет назад Страно совместно с коллегами обнаружили, что, регулируя размер и электрический заряд наночастиц, они могут создавать наночастицы для проникновения через мембраны растительных клеток. Этот механизм под названием проникновение в липидную обменную оболочку (LEEP), позволил ученым создать светящиеся растения, внедряя в листья наночастицы, содержащие люциферазу (светоизлучающий белок).

Фото 1. В США повысили устойчивость растений к засухе и заболеваниям с помощью нанотрубокИнженеры из Массачусетского технологического института (MIT) разработали способ доставки генов в хлоропласты растительных клеток. На этих изображениях клетки мезофилла (справа) и эпидермальные клетки (слева) в листе рукколы были сконструированы таким образом, чтобы экспрессировать желтый флуоресцентный белок в своих хлоропластах. Клеточные стенки окрашены в красный цвет, а хлоропласты окрашены в синий.

Как только команда из Массачусетского технологического института сообщила об использовании LEEP для получения наночастиц в растениях, биологи сразу же заинтересовались возможностью использования данного метода для генетической инженерии растений и, в частности, для введения генов в хлоропласты.

«Доставка генетических инструментов в различные части растений — это то, что очень интересует биологов. Каждый раз, когда я выступаю с докладом перед сообществом биологов, они интересуются, можно ли использовать эту технику для доставки генов в хлоропласт»», — сообщил Майкл Страно.

Хлоропласт, наиболее известный как участок фотосинтеза, содержит около 80 генов, которые кодируют белки, необходимые для осуществления этого процесса. Хлоропласт также содержит в себе рибосомы, что позволяет ему собирать белки внутри пластиды. До сих пор введение генов в хлоропласт было очень трудоемким процессом. Единственная существующая методика требует использования «генной пушки» высокого давления для нагнетания генов в клетки, что может повредить растение. Данная методика не очень эффективна.

Используя новую стратегию, команда MIT создала наночастицы, состоящие из углеродных нанотрубок, покрытых хитозаном (природный сахар). ДНК, которая заряжена отрицательно, слабо связывается с положительно заряженными углеродными нанотрубками. Чтобы доставить наночастицы в листья растений, исследователи применяют безыгольный шприц, заполненный раствором частиц, на нижней поверхности листа. Частицы попадают в лист сквозь крошечные поры (устьица), которые обычно контролируют испарение воды.

Оказавшись внутри листа, наночастицы проходят через клеточную стенку растения, клеточные мембраны, а затем через двойные мембраны хлоропласта. После того, как частицы оказываются внутри хлоропласта, немного менее кислая среда хлоропласта вызывает высвобождение ДНК из наночастиц. После высвобождения ДНК может быть преобразована в белки.

В данном исследовании научные сотрудники доставили ген желтого флуоресцентного белка, что позволило им легко визуализировать, в каких растительных клетках экспрессируется белок. Они обнаружили, что около 47% растительных клеток продуцируют белок. Но ученые убеждены, что его количество можно увеличить, если повысить возможности доставки частиц.

 

*по информации из открытых источников

 

Читайте также:

Микроигольные пластыри ускорили выявление заболеваний растений

ВИДЕО
СОБЫТИЯ