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3.12: Historias de plantas - Biología

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3.12: Historias de plantas

Un potente activador de genes derivado de Cas9 para células de plantas y mamíferos

La sobreexpresión de ADN complementario representa el enfoque de ganancia de función más comúnmente utilizado para interrogar las funciones de los genes y para manipular los rasgos biológicos. Sin embargo, este enfoque es desafiante e ineficaz para la expresión multigénica debido al aumento de la mano de obra para la clonación, la capacidad limitada del vector, el requisito de múltiples promotores y terminadores y los niveles de expresión transgénica variables. Los activadores transcripcionales sintéticos proporcionan una estrategia alternativa prometedora para la activación génica al unir un dominio de activación de la transcripción autónoma (TAD) a un promotor genético pretendido en el locus genómico endógeno a través de un módulo programable de unión al ADN. Entre los módulos de unión de ADN personalizados conocidos, la nucleasa muerta Streptococcus pyogenes La proteína Cas9 (dCas9), que reconoce una diana de ADN específica a través del emparejamiento de bases entre un ARN guía sintético y un ADN, supera a las proteínas con dedos de zinc y a los efectores de tipo activador de la transcripción, los cuales se dirigen a través de interacciones proteína-ADN 1. Recientemente, se han desarrollado tres potentes sistemas de activación transcripcional basados ​​en dCas9, a saber, VPR, SAM y SunTag, para células animales 2,3,4,5,6. Sin embargo, todavía falta una plataforma de activación transcripcional basada en dCas9 para las células vegetales 7,8,9. Aquí, desarrollamos un nuevo y potente dCas9 – TAD, llamado dCas9 – TV, a través de pantallas basadas en células vegetales. dCas9-TV confiere una activación transcripcional mucho más fuerte de genes diana únicos o múltiples que el activador dCas9-VP64 que se usa habitualmente en células de plantas y mamíferos.

Entre los activadores de genes sintéticos, los dCas9-TAD ofrecen potencialmente una simplicidad y multiplexabilidad incomparables en comparación con los TAD de proteína con dedo de zinc y el efector similar al activador de la transcripción (TALE), porque los ARN guía sintéticos (ARNsg) se pueden modificar fácilmente para lograr nuevas especificidades de orientación, y dCas9 guiado por múltiples sgRNAs puede unirse simultáneamente a varios loci diana diferentes [10]. Sin embargo, una fusión de dCas9 con VP64, un TAD 11 de uso frecuente, solo activa débilmente los genes diana usando un solo sgRNA en células de plantas y mamíferos 7,8,9,12,13,14,15. Utilizando Arabidopsis Ensayos de promotor-luciferasa (LUC) basados ​​en protoplasto, confirmamos que dCas9-VP64 con un solo sgRNA solo genes diana activados débilmente (máximo 2,4 veces) o ineficazmente (Resultados complementarios y Figuras complementarias 1 y 2). Curiosamente, cuando la secuencia diana carece de una G 5 ', se encontró que una G adicional añadida al extremo 5' del sgRNA mejora la activación del promotor (Fig.1 complementaria), presumiblemente al promover el inicio de la transcripción del sgRNA por el U6 promotor. Por lo tanto, de forma rutinaria agregamos una G al extremo 5 'de los sgRNA cuando las secuencias diana comienzan con un nucleótido que no es G.


Durante las últimas dos décadas, las mejoras revolucionarias en la tecnología de secuenciación de ADN la han hecho más rápida, precisa y mucho más barata. Ahora podemos secuenciar hasta 10 billones de letras de ADN en solo un mes. Aprovecho estos avances tecnológicos para ensamblar genomas para una variedad de organismos y sondear la base genética de los trastornos neurológicos, incluidos el autismo y la esquizofrenia, comprender mejor la progresión del cáncer y comprender las estructuras complejas de los genomas de las plantas superiores.


DESARROLLO DE RELACIONES

La solicitud de financiación inicial requiere el patrocinio de un miembro superior de la facultad, que actúa como mentor de sus colegas jóvenes. Así es como Yun Zhou y Jody Banks, profesores asistentes y profesores titulares, respectivamente, de botánica y patología vegetal, empezaron a trabajar juntos.

Banks, quien cuenta su mandato en décadas, tiene el conocimiento y la experiencia para ayudar a Zhou a establecer su laboratorio, navegar a través de nuevos procesos y comenzar a trabajar.

"He estado alrededor de la cuadra", dijo Banks. “Ha sido agradable poder ayudar a personas como Yun a comenzar y resolver las cosas. Puedo ahorrarles mucho tiempo para que no tengan que reinventar todo desde cero ".

La tutoría también se ha convertido en colaboración. Zhou estudia la señalización transcripcional en el desarrollo de las plantas y había estado usando la planta modelo. Arabidopsis thaliana en su trabajo. Banks realiza una investigación similar y utiliza helechos como organismos modelo.


La controvertida planta de asfalto recibe otro rechazo de los líderes del condado

ASHEVILLE, Carolina del Norte (WLOS) & # 8212 Una controvertida propuesta de planta de asfalto para East Flat Rock recibió un voto de desaprobación de la Junta de Planificación del Condado de Henderson el jueves. La junta votó 5-2 para recomendar que la Junta de Comisionados del Condado de Henderson rechazara la solicitud de rezonificar condicionalmente la tierra de comercial comunitaria a industrial para permitir la construcción de la planta.

Esta es la segunda vez que el desarrollador Jeff Shipman, de Southeastern Asphalt, ha intentado que la planta se construya en la autopista Spartanburg. La propuesta se presentó por primera vez en 2020, pero fue rechazada después de muchas preocupaciones de la comunidad, particularmente de un grupo grande llamado Friends of East Flat Rock. El grupo está luchando contra la propuesta con la misma dureza esta vez. Al comienzo de la reunión del jueves por la noche & # 8217s, los miembros de la junta de planificación recordaron a la audiencia que sea respetuosa y evite & # 8220 gritar y gritar & # 8221.

Después de que la reunión de compatibilidad del vecindario anterior sobre la propuesta en marzo duró más de cuatro horas, los miembros de la junta de planificación deciden limitar la participación del público, dando a cada lado unos 30 minutos para presentar su caso. Aproximadamente cinco personas hablaron a favor de la planta. Tantas personas se inscribieron para hablar en contra de la planta que muchos no tuvieron la oportunidad de hablar debido a las limitaciones de tiempo.

Una de las principales preocupaciones que tenían los residentes era la rezonificación. Muchos argumentaron que la zonificación actual debería permanecer.

& # 8220 La mayoría de nosotros, cuando compramos casas, miramos la zonificación. Tomamos decisiones para poner los ahorros de nuestra vida en propiedades basadas en la zonificación. Si esa zonificación no se respeta, ¿de qué sirve? & # 8221 preguntó Shannon Nicholson, cuyos comentarios fueron recibidos con aplausos.

Otras preocupaciones iban desde el ruido hasta la contaminación y los impactos ambientales y financieros en los vecinos cercanos. La propiedad se encuentra junto a muchas propiedades residenciales.

Un tasador de bienes raíces comerciales habló a favor del desarrollador y dijo que la propuesta no afectaría negativamente los valores de las propiedades cercanas, aunque un miembro de la junta cuestionó su investigación.

Muchos residentes dijeron que la planta simplemente no se adaptaría al entorno del vecindario y que permitir tal rezonificación crearía una pendiente resbaladiza.

& # 8220 Pertenece a parques industriales, no a patios traseros y no se ajusta al plan comunitario. La caja de Pandora & # 8217s estará abierta para que otras empresas entren a la fuerza en áreas que no están divididas en zonas para ellos & # 8221, dijo otro residente preocupado.

Pero Shipman enfatizó que los planes del proyecto cumplen con los estándares de planificación del condado y mantienen una distancia adecuada de otras propiedades residenciales y escuelas, iglesias, etc. Dijo que también planea poner un amortiguador alrededor de la propiedad. Shipman dijo que la planta sería un beneficio económico para el área al crear alrededor de 18 puestos de trabajo.

Algunas de las personas que hablaron en apoyo del proyecto dijeron que las preocupaciones de otros residentes no están arraigadas de hecho.

& # 8220Los hechos no apoyan el miedo. La ciencia no apoya el miedo. Esta planta de asfalto no tendrá un impacto negativo en esta comunidad, & # 8221 dijo un residente, hablando en apoyo del proyecto.

Aunque la propuesta enfrenta una batalla cuesta arriba, parece que con toda la oposición de la comunidad aún podría llegar a buen término. El voto de la Junta de Planificación del Condado de Henderson el jueves por la noche fue esencialmente una recomendación. La propuesta se presentará ahora a la Junta de Comisionados del Condado de Henderson, que tendrá la última palabra sobre el proyecto. No se ha anunciado una fecha para eso.

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Biología vegetal actual

Para fomentar aún más la colaboración en la comunidad, todos los autores aceptados de artículos de investigación deben hacer que sus datos sean accesibles al público. Esto evitará la duplicación de proyectos y acelerará el progreso de la ciencia. La revista se vinculará y cooperará activamente con algunas de estas bases de datos, así como con la infraestructura computacional. Los datos siempre deben enviarse en formato de datos sin procesar, y deben enviarse preferentemente en recursos de acceso público mantenidos, por ejemplo, por datos de EBI, EMBL o NCBI. El repositorio de datos que se utilice depende de los autores; sin embargo, visite https://www.elsevier.com/databaselinking para obtener más información sobre cómo depositar y vincular sus datos con un repositorio de datos compatible. Para los tipos de datos para los que no existen tales repositorios, los datos deben estar disponibles a través de la información complementaria o del sitio web del propio autor. Si los datos se han procesado en p. Ej. rutas o modelos, entonces esto debería estar disponible también durante el proceso de revisión.

Para obtener más información sobre el envío, consulte nuestro Guía para Autores.

El equipo editorial y editorial de la revista se dedica a ser eficiente en el manejo de manuscritos. La revista utiliza una revisión por pares a doble ciego, para evitar sesgos en el proceso de revisión. Las publicaciones resultantes serán de acceso abierto.


Ramas de la botánica

Por subcategoría de biología

  • Anatomía vegetal
  • Genética vegetal
  • Citología (el estudio de las células, en este caso, células vegetales)
  • Ecología
  • Bioquímica
  • Biofísica
  • Taxonomía vegetal
  • Fisiología
  • Microbiología
  • Biología Molecular
  • Paleobotánica (el estudio de fósiles de plantas)

Por tipo de planta

Los botánicos también pueden especializarse en el estudio de un tipo específico de organismo, que incluye:

  • Bryology: el estudio de mossesli & gt
  • Liquenología: el estudio de los líquenes, organismos compuestos por hongos y algas. Ninguna de estas son plantas, pero su estudio se ha incluido tradicionalmente dentro de la botánica.
      —El estudio de los hongos
  • Ficología: el estudio de las algas
  • Pteridología: el estudio de los helechos

Ciencias Vegetales Aplicadas

Estas categorías suelen estar relacionadas con los usos de las plantas, como la agricultura. Incluyen:

  • Agronomía: ciencia de cultivos y suelos
  • Ciencia de los Alimentos
  • Silvicultura: producción de plantas ornamentales y de cultivos.
  • Manejo de recursos naturales
  • Fitomejoramiento
  • Fitopatología: el estudio de las enfermedades de las plantas

Vía de la autofagia

El camino básico que sigue la autofagia comienza con una membrana aislada llamada fagoforo. El fagóforo se expande y rodea los objetivos o "carga celular" y los secuestra en su doble membrana. El fagophore luego se fusiona con un lisosoma (en mamíferos, vacuolas en plantas) que promueve la degradación de los componentes internos por proteasas lisosomales. Los aminoácidos y otros subproductos de este paso salen al citoplasma, donde pueden ayudar a construir nuevas moléculas más adelante.


La figura muestra la nucleación de vesículas de autofagosomas a partir de una membrana de aislamiento.

En términos técnicos, hay cinco etapas que entran en la orquestación de la autofagia.

  • Formas de fagophore
  • Las proteínas Atg5-Atg12 se conjugan e interactúan con Atg16L dentro del fagophore
  • La proteína LC3 se modifica e inserta en su membrana.
  • Los objetivos se seleccionan y degradan (pero también se pueden tomar cosas aleatorias)
  • El autofagosoma se fusiona con el lisosoma y las moléculas envueltas se rompen

La formación del fagóforo comienza con la fabricación de una membrana aislada, un paso clave ya que la función de la vesícula depende de su capacidad para absorber el contenido. Este proceso se organiza alrededor de una estructura llamada PAS (una estructura pre-autosómica). En la macroautofagia de mamíferos, la vía que toma la autofagia comienza con un paso de "iniciación" con PAS. Luego, el fagóforo comienza la "nucleación", que es básicamente el círculo de proteínas y orgánulos citosólicos. A continuación, el fagóforo madura en un autofagosoma con la adición de LC3 en la membrana y comienza la "expansión". El siguiente paso implica la fusión de un lisosoma que contiene hidrolasas. Como resultado, el contenido que se encontraba en el interior se divide en partes que se pueden reciclar, un proceso denominado "reciclaje de nutrientes".

Otro hecho notable sobre la autofagia es que anteriormente se pensaba que era solo un mecanismo a favor de la muerte. Este concepto erróneo provino de evidencia que mostró su participación en la muerte no apoptótica. Pero investigaciones recientes sugieren que promueve más la vida y la supervivencia que la muerte celular. La autofagia ocurre en todas las células para mantener las condiciones homeostáticas basales. Específicamente, las células lo realizan para promover la renovación de los orgánulos, especialmente cuando las células están pasando hambre y necesitan nutrientes. Los factores que influyen en el control de la autofagia son la nutrición y los niveles hormonales, y señales externas como los niveles de oxígeno y la temperatura. Por ejemplo, se pensaba exclusivamente que la autofagia contribuía a la neurodegeneración, pero investigaciones recientes sugieren que puede ser una forma protectora de degradar las proteínas tóxicas o que funcionan mal en las células neurales.


Nematología vegetal

¿Ha leído este libro o lo ha utilizado en uno de sus cursos? Nos encantaría escuchar sus comentarios. Envíe un correo electrónico a nuestro equipo de reseñas para enviar una reseña.

El profesor Roland Perry trabaja en la Universidad de Hertfordshire, Reino Unido. Se graduó con una licenciatura (Hons) en Zoología de la Universidad de Newcastle, Reino Unido, donde también obtuvo un doctorado en Zoología sobre aspectos fisiológicos de la supervivencia por desecación de Ditylenchus spp. Después de un año de investigación postdoctoral en Newcastle, se mudó a la Universidad de Keele, Reino Unido, donde enseñó Parasitología después de 3 años en Keele, fue designado para la Estación Experimental Rothamsted (ahora Rothamsted Research). Sus intereses de investigación se centraron principalmente en los nematodos parásitos de las plantas, especialmente en la eclosión de los nematodos, la percepción sensorial, el comportamiento y la fisiología de la supervivencia, y varios de sus últimos estudiantes de doctorado y posdoctorado están actualmente involucrados en la investigación en nematología. Permaneció en Rothamsted hasta 2014, cuando se trasladó al Departamento de Ciencias Biológicas y Ambientales de la Universidad de Hertfordshire. Fue coeditor de The Physiology and Biochemistry of Free-living and Plant-parasitic Nematodes (1998), Root-knot Nematodes (2009), Molecular and Physiological Basis of Nematode Survival (2011), el primero (2006) y el segundo (2013) ediciones del libro de texto, Plant Nematology and Cyst Nematodes (2018) (todos CAB International, Reino Unido). Es autor o coautor de más de 40 capítulos de libros y reseñas arbitradas y más de 120 artículos de investigación arbitrados. Es editor en jefe adjunto de Nematología y editor en jefe de la Revista rusa de nematología. Es coeditor de la serie de libros Nematology Monographs and Perspectives. En 2001, fue elegido miembro de la Sociedad de Nematólogos (EE. UU.) En reconocimiento a sus logros de investigación en 2008 fue elegido miembro de la Sociedad Europea de Nematólogos por su destacada contribución a la ciencia de la Nematología y en 2011 fue elegido miembro honorario de la Sociedad Rusa de Nematólogos. Es profesor invitado en la Universidad de Ghent, Bélgica, donde imparte conferencias sobre biología de nematodos, centrándose en fisiología y comportamiento.

& # 8211 Maurice Moens El profesor Maurice Moens es director honorario de investigación en el Instituto de Investigación de Flandes para la Agricultura, la Pesca y la Alimentación (ILVO) en Merelbeke, Bélgica y profesor honorario en la Universidad de Gante, Bélgica, donde impartió un curso de conferencias sobre agroematología en la Facultad de Ingeniería de Biociencias. . Es ex-director del Curso Internacional de Posgrado en Nematología (MSc Nematology) y coordinador del Erasmus Mundus & # 8211 European Master of Science in Nematology, donde impartió cinco cursos de conferencias sobre Nematología Vegetal. El curso de maestría se organiza en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Gante.
Se graduó como ingeniero agrícola en la Universidad de Gante y obtuvo un doctorado en la misma Universidad sobre la propagación de nematodos fitoparásitos y su manejo en sistemas de cultivo hidropónico. En el marco de la Cooperación Belga, trabajó de 1972 a 1985 como investigador en protección de cultivos, incluida la nematología, en dos estaciones de investigación en Túnez. A su regreso a Bélgica, fue nombrado nematólogo senior en el Centro de Investigación Agrícola (ahora ILVO). Allí, amplió la investigación en nematología vegetal en varias áreas que abarcan la caracterización molecular, la biología de las relaciones huésped-parásito, el control biológico, la resistencia y otras formas de control no químico. Fue nombrado jefe del Departamento de Protección de Cultivos en 2000 y director de Investigación en 2006. Se retiró de ILVO y de la Universidad de Gante en 2012, pero continuó supervisando a estudiantes de doctorado hasta 2017. En 2001, fue elegido miembro de la Sociedad de Nematólogos. (EE. UU.) Por sus destacadas contribuciones a la Nematología en el mismo año fue elegido miembro de la Sociedad Europea de Nematólogos por su destacada contribución a la ciencia de la Nematología. En 2012 fue elegido Miembro Honorario de la Sociedad China de Nematología Vegetal y en 2013 se convirtió en Miembro Honorario de la Sociedad Rusa de Nematólogos. Supervisó a 27 estudiantes de doctorado, que están activos en nematología en todo el mundo. Es ex-presidente de la Sociedad Europea de Nematólogos (2010-2014). Él coeditó Nematodos agalladores (2009) y la primera (2006) y la segunda (2013) ediciones del libro de texto, Nematología vegetal. Es autor o coautor de diez capítulos de libros y reseñas arbitradas y más de 150 artículos de investigación arbitrados. Es miembro del consejo editorial de la Revista rusa de nematología.


Nanotecnología para la ingeniería genética vegetal

La pandemia de COVID-19 ha interrumpido significativamente las cadenas de suministro de alimentos, intensificando la necesidad de soluciones biotecnológicas para lograr la seguridad alimentaria. Los cultivos y las hortalizas son una fuente importante de alimentos, materiales y medicinas. Por lo tanto, existe un gran incentivo para diseñar cultivos genéticamente que posean características deseables, como una mayor producción de biomasa y resistencia a los patógenos, al tiempo que requieren menos recursos, incluido el espacio y la mano de obra. 1

Existe un gran incentivo para diseñar cultivos genéticamente que posean características deseables, como una mayor producción de biomasa y resistencia a los patógenos, al tiempo que requieren menos recursos, incluido el espacio y la mano de obra.
[WLADIMIR BULGAR / SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images] Para generar plantas modificadas genéticamente, los oligonucleótidos que codifican el gen de interés deben administrarse en los espacios intracelulares u organelos diana como núcleos y cloroplastos de las células vegetales de manera eficiente con un mínimo de perturbaciones biológicas. Sin embargo, el proceso tecnológico en esta área ha sido limitado.

Métodos tradicionales de transfección de plantas.

Una de las herramientas más comúnmente utilizadas para la entrega de genes en plantas es Agrobacterium, una bacteria Gram-negativa, que puede transfectar tanto protoplastos vegetales (células sin paredes celulares) como tejidos (como hojas). Sin embargo, este método no es adecuado para la integración estable a largo plazo de la carga de ADN y requiere una transformación de la planta repetida y tediosa cada vez que finaliza la expresión génica transitoria. Agrobacterium también se integran aleatoriamente con el ADN, lo que puede alterar las expresiones de genes endógenos y limitar el control uniforme sobre la expresión de genes diana. Notablemente, Agrobacterium También se ha informado que causa necrosis del tejido vegetal.

La otra técnica popular es la liberación de partículas biolísticas o la pistola de genes. Este método utiliza alta energía para entregar partículas de oro recubiertas de biomoléculas directamente en las células vegetales a través de la interrupción física de la pared y la membrana celular de la planta. 2 Sin embargo, los sitios bombardeados con partículas pueden resultar gravemente dañados por las altas presiones y luego ya no se pueden cultivar. Además, el rendimiento de esta técnica es extremadamente bajo.

Los vectores virales, como el virus del mosaico del tabaco (mostrado aquí), el virus del mosaico del caupí, son útiles para la administración de oligonucleótidos. [PIXOLOGICSTUDIO / SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images] Los vectores virales, como la tecnología Geneware basada en el virus del mosaico del tabaco y el virus del mosaico del caupí, son útiles para la administración de oligonucleótidos. 3 Sin embargo, los vectores virales tienen un tamaño de casete de expresión limitado y es posible que no puedan entregar cargas grandes y complejas que sean más valiosas para la biotecnología vegetal. 4 Además, los vectores virales no pueden suministrar proteínas directamente, lo que los hace incompatibles con técnicas populares de edición de genes como CRISPR, que normalmente utilizan la proteína Cas. 5 Finalmente, la fabricación de vectores virales está sujeta a estrictas regulaciones debido a su origen patógeno y su capacidad para integrar una parte de sus elementos genéticos en el genoma de la planta huésped.

Magnetofección vegetal

En los últimos años, se han desarrollado varias herramientas nanotecnológicas para superar las limitaciones de las técnicas tradicionales de ingeniería genética vegetal. Una de estas técnicas emergentes es el uso de nanopartículas magnéticas de óxido de hierro conjugadas con ADN. Este método se ha utilizado ampliamente para la transfección de células de mamíferos, pero es un desafío adaptarlo para la ingeniería de plantas debido a la presencia de la pared celular de la planta que, a diferencia de la membrana celular, no sufre endocitosis. 6 Haixin Cui, profesor y su equipo de la Academia China de Ciencias Agrícolas, primero demostraron que las aberturas de los pólenes de algodón no tienen pared celular y luego utilizaron nanopartículas magnéticas como portadores para transportar genes a través de estas aberturas sin paredes celulares. 7 También se aplicaron campos magnéticos para proporcionar fuerzas direccionales para transportar los portadores de genes de nanopartículas al polen. Descubrieron que su método de magnetofección proporcionaba & gt80% de viabilidad en el polen y era mínimamente perturbador. Haciendo uso de imágenes de fluorescencia confocal y espectroscopia de dispersión de energía, el equipo también confirmó que los portadores de genes de nanopartículas marcados con fluorescencia se introdujeron en los pólenes. Finalmente, utilizando PCR, el equipo demostró que eran capaces de integrar el BTΔα-CPTI gen en el genoma de la planta de algodón transgénica para conferir resistencia a los insectos, 8 con herencia estable en la descendencia. El equipo también informó que su método de magnetofección funciona para otras especies de plantas, como la calabaza y el lirio.

A pesar de los resultados prometedores de Cui y su equipo, puede que sea demasiado pronto para concluir que la magnetofección es eficaz para la entrega de genes en diferentes especies de plantas. En un artículo reciente, un equipo dirigido por John Fowler, PhD, profesor de la Universidad Estatal de Oregon, examinó más de 50.000 granos de polen e informó que la magnetofección con nanopartículas magnéticas no funciona tan bien como para especies de plantas monocotiledóneas como el lirio, como afirma Cui. y colegas. 9 Los autores también argumentaron que el

La eficiencia de transfección del 90% en polen de lirio informado por Cui y su equipo probablemente se debió a un uso erróneo del biomarcador, β-glucuronidasa, para demostrar el éxito de la transfección, ya que existe una actividad de β-glucuronidasa endógena significativa.

“El polen es un objetivo biológico atractivo para transfectar porque los granos de polen portan los gametos masculinos y, por lo tanto, podrían generar una planta genéticamente modificada completa después de la fertilización en los óvulos de la planta. Jenny Mortimer del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y yo estábamos entusiasmados con el artículo de Zhao et al. porque presentaba una forma potencialmente útil y conveniente de crear plantas transgénicas. Si el método de magnetofección funciona, nos permitiría evitar el uso de cultivos de tejidos basados ​​en tejidos regenerables que consumen mucho tiempo. La regeneración es factible pero técnicamente muy desafiante tanto para el sorgo como para el maíz, especies de monocotiledóneas que son el foco de nuestros programas de investigación ”, dice Fowler.

“El artículo de Zhao et al. se centró principalmente en especies de dicotiledóneas como el algodón y la calabaza, pero también proporcionaron datos que sugieren que su método podría funcionar para el lirio, una especie de monocotiledónea. En nuestro artículo, probamos la magnetofección en polen de maíz, sorgo y lirio, y descubrimos que nunca observamos la expresión transitoria de un reportero genético que indicaría una transfección exitosa. Aunque nos decepcionaron los hallazgos, nuestro trabajo indica que la magnetofección probablemente no sea un método simple y universal de transfección de polen ".

Transfección de plantas mediada por nanotubos de carbono

Además del uso de nanopartículas magnéticas, los nanotubos de carbono también son una nanoherramienta cada vez más popular para la transfección de plantas. Markita Landry, PhD, profesora y su equipo de la Universidad de California, Berkeley, informaron sobre el uso de nanotubos de carbono que dependen de la entrega pasiva como herramienta de transformación de plantas. Como prueba de concepto, su equipo adsorbió físicamente e injertó electrostáticamente ADN que codifica la proteína verde fluorescente (GFP) en nanotubos de carbono de pared simple, y demostró que su técnica puede entregar ADN de manera efectiva en las hojas de una variedad de especies de plantas, incluyendo trigo, algodón y rúcula para expresiones genéticas transitorias. También se descubrió que los nanotubos protegen el ADN de la degradación por nucleasas endógenas. Landry y su equipo también demostraron que su tecnología de nanotubos de carbono no resultó en una toxicidad significativa en hojas maduras al realizar un análisis de PCR cuantitativo de NbrbohB, un gen de estrés conocido en las plantas de tabaco, y relativo al gen de mantenimiento Factor de alargamiento 1 (EF1).

Para demostrar aún más la utilidad de su método, el equipo también probó su tecnología de nanotubos en protoplastos que se utilizan ampliamente en biotecnología para pruebas de genética vegetal y síntesis de proteínas recombinantes. Los protoplastos aislados de hojas de rúcula pudieron internalizar nanotubos de carbono y expresaron de manera estable el plásmido GFP con un 80%.

El ARNip es un material útil para la ingeniería genética vegetal transitoria. Utilizando nanotubos de carbono de pared simple, Landry y su equipo demostraron con éxito la transfección de ARNip para inhibir y silenciar las expresiones de GFP en las hojas de la planta de tabaco durante hasta una semana. 11 Los nanotubos de carbono también protegen al ARNip de la degradación y son biocompatibles para su uso en plantas.

“El impacto del uso de nanopartículas para la ingeniería genética vegetal es que la entrega de ADN y ARN se puede lograr sin patógenos como Agrobacterium o sin el uso de fuerza biolística que altera el tejido vegetal. Otra ventaja es que la administración de nanopartículas de ARNip puede ser una alternativa ecológica al uso de pesticidas químicos o la administración de ARNm para la manipulación genética de plantas sin ADN. En general, las nanopartículas podrían aumentar el rendimiento, la precisión y la facilidad de la ingeniería genética vegetal ”, dice Landry.

Problemas no resueltos

La nanotecnología ha mejorado significativamente la reprogramación genética de células de mamíferos y también es una herramienta prometedora para la ingeniería de plantas. No obstante, para hacer avanzar este campo, deben abordarse varias cuestiones importantes.

Primero, a diferencia de las células de mamíferos, las células vegetales tienen paredes celulares rígidas que excluyen partículas mayores de aproximadamente 5-20 nm, 12 y no hay evidencia suficiente revisada por pares para respaldar que las nanopartículas pueden difundirse a través de la pared celular de múltiples capas y luego la célula. membrana fácilmente. La caracterización sistemática de cómo las propiedades de las nanopartículas afectan sus interacciones con las células y tejidos vegetales es crucial para la comprensión mecanicista. 13 Por ejemplo, el equipo dirigido por Michael Strano, PhD, profesor del Instituto de Tecnología de Massachusetts, descubrió que el transporte de nanotubos de carbono de pared simple a través de la membrana de la célula de polen está controlado principalmente por su potencial zeta de superficie. 14 Las complejas diferencias biológicas entre las especies de plantas y los tipos de materiales biológicos de las plantas (protoplastos, hojas, pólenes y tejidos regenerables como los pelos radiculares) también significan que se necesita una caracterización sistemática de las interacciones planta-nanopartícula para mejorar los resultados de la transfección.

En segundo lugar, el tamaño de la carga de ADN que se puede administrar a las células vegetales se correlaciona directamente con el área de superficie de las nanopartículas. Hasta ahora, solo las nanopartículas esféricas pequeñas (& lt20 nm) y los nanotubos de carbono cilíndricos de pared simple (de 0,8 a 1,2 nm de diámetro y de 500 a 1000 nm de longitud) habían demostrado su utilidad para transfectar células vegetales mediante difusión pasiva y / o con el uso de ayuda mecánica como una pistola genética. Desafortunadamente, esto significa que solo una pequeña carga genética (

4 kbp) con valor fisiológico, económico y agrícola de cero a limitado. 10 Para ser una herramienta útil para la biotecnología vegetal a escala industrial, es útil mejorar la complejidad de la carga que se puede entregar con nanopartículas.

En tercer lugar, se ha demostrado que las nanopartículas, como los nanotubos de carbono, pueden inhibir negativamente el alargamiento de las raíces de cultivos importantes como el tomate y la lechuga, pero todavía hay una caracterización de citotoxicidad insuficiente en la literatura cuando se informa de nuevos métodos de transfección de plantas. 15 Se necesita más trabajo para garantizar que las plantas continúen creciendo de manera saludable después de la transfección de nanopartículas, de modo que las plantas diseñadas por ingeniería puedan usarse como recursos.

Finalmente, la mayor parte de la técnica de nanotecnología para la transfección de plantas ofrece una expresión génica transitoria. Si bien esto es útil para los estudios biológicos, puede que no sea tan impactante para la ingeniería de cultivos donde se necesitan expresiones genéticas a largo plazo para proporcionar fenotipos estables.

La ingeniería genética vegetal será cada vez más importante debido al crecimiento de la población y la mayor demanda de alimentos, medicamentos y materiales. Una mayor colaboración entre nanotecnólogos y biólogos de plantas ayudará a expandir el conjunto de herramientas de transformación de plantas existente utilizando la nanotecnología para generar un impacto social positivo.


Ver el vídeo: REPRODUCCIÓN EN PLANTAS biología 10º (Junio 2022).