新しいアプローチは遺伝子を「スタック」して植物の形質転換を迅速化する

2023 年 6 月 9 日

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ステファニー・シーアイ著、オークリッジ国立研究所

ジェットバイオ燃料用のプロセスに有利な作物の開発を加速することを目的とした発見で、エネルギー省オークリッジ国立研究所の科学者たちは、単一のステップで植物に複数の遺伝子を挿入する機能を開発した。

「持続可能な燃料を使用して、2050年までに二酸化炭素を排出しない航空産業という目標を達成しようとしているが、技術的、経済的、生物学的に大きな課題がある」とORNL主導のバイオエネルギーイノベーションセンターの最高経営責任者ジェリー・タスカン氏は述べた。または研究を指揮したCBI。 「複数の遺伝子を同時に検査できるようになれば、そのプロセスがスピードアップされ、2050年までに石油ベースの航空燃料を100％代替するという国家目標を達成できる可能性が高まります。」

遺伝子スタッキングとして知られる植物形質転換技術は、一度に 1 つの遺伝子を標的植物の DNA に挿入し、その後、植物の配列を決定して遺伝子が正しい位置にあり、適切な方向を向いて遺伝子を刺激するかどうかを確認するという骨の折れる方法に代わるものです。望ましい身体的特徴。

遺伝子は真空中では機能しません。 より速い成長や乾燥耐性など、研究者が望む複雑な特性は、多くの場合、複数の遺伝子によって制御されます。 伝統的な遺伝子工学では、1 つの遺伝子とそれに関連する生化学機構を植物に追加し、それが機能することを証明し、次にその植物材料を取り出して、別の遺伝子で 2 回目の形質転換を行い、それが機能することを証明し、次に 3 番目の遺伝子を複合体に導入するという手順で行われます。時間のかかるプロセス。

「一度の変換ですべてを実行できれば、はるかに効率的です」と、同じく研究に協力したタスカン氏は言う。

ORNL の科学者らは、インテインと呼ばれるタンパク質セグメントを使用することで、新しい送達方法を開発しました。インテインには、より大きなタンパク質から分離し、再びつなぎ合わせて新しいタンパク質を作り出す自然な能力があります。 研究者らはインテインを利用して、形質転換細胞を「マーク」または識別し、その安定性をサポートし、編集をバイオセンサーで検出可能にする遺伝子を含む4つの遺伝子を植物に同時に挿入する分割選択マーカーシステムを作成した。

Communications Biology に記載されているこの技術は、タバコ、モデル植物のシロイヌナズナ、バイオマス原料のポプラで実証されました。

得られた雑種は、ORNL が開発した光ベースのバイオセンサーを使用して検査され、新しい遺伝子が植物に組み込まれていることを示しました。 この発見は植物の DNA を調べることによって確認されました。

このプロジェクトは「理想的とは言えない条件でも生育する丈夫なバイオエネルギー原料の作成に特化したCBIの長年の研究の結果である」とORNLプロジェクトリーダーのシャオハン・ヤン氏は述べた。 「私たちは、ポプラの木を経済的に成長させてジェット燃料として加工できるような特性を積み上げたいと考えています。」 新しい遺伝子スタッキング機能は、既存の植物形質転換パイプラインに簡単に実装でき、より迅速な結果を可能にする、とヤン氏は述べた。

クリーンな航空燃料用の持続可能な非食用原料作物を開発するという使命の一環として、CBIは、より高い収量、バイオ燃料への加工が容易になるバイオマス組成、干ばつ耐性などの植物の形質を制御する遺伝子を特定した。

Yangらは、12個の遺伝子（ポプラの生物学的機能に関連する10個と2個のマーカー）を一度に挿入する技術の反復に取り組み始めた。 ヤン氏は、この技術を改良して、最大20個の遺伝子のスタッキングをサポートできる可能性があると述べた。

「私たちは、下流での検証やテストの必要性が少なく、予測可能かつより効率的な方法でプラント構造物を構築するためにこれらの新しい方法を適用できることを実証しました」とタスカン氏は述べた。 この新しい機能は、「現在の技術の段階的な改善を超えたものであり、多くの人々の努力の集大成であり、植物を変革する能力における重要な前進を表しています。」

詳しくは： Guoliang Yuan et al、インテインを利用したスプリット選択マーカーシステムは植物における遺伝子スタッキングを促進する、Communications Biology (2023)。 DOI: 10.1038/s42003-023-04950-8

雑誌情報:コミュニケーション生物学

オークリッジ国立研究所提供