基因工程工具可以更快 更轻松地生产出改良后的植物

植物的基因组很大。来自日本的稀有花朵的基因组是人类的50倍。这些巨大的基因组以及相关的大型基因可能使植物科学家难以进行精确的遗传改变以提供对新害虫的抗性或研究植物如何生长的基础知识。

将遗传变化引入大片段DNA的一种方法称为重组。但是，重组并不是植物科学家常用的方法。北卡罗来纳州立大学的研究人员已经开发出一套新的遗传工具，可以使植物基因的重组更快，更容易。他们在发表在《植物细胞》杂志上的最新论文中分享了他们的方法。他们还通过拟南芥生物资源中心提供了该工具集。

威廉·尼尔·雷诺兹(William Neal Reynolds)植物与微生物生物学教授何塞·阿隆索说：“在此之前，除非您在一个专门研究大型DNA的专业实验室中拥有大量分子生物学经验，否则您不太可能采用重组。”和这篇论文的资深作者。“我们的希望是，通过使其更易于使用，任何分子生物学实验室都应该能够与这些新工具进行重组。它们应该是很好的资源。”

他补充说，该工具集将提高基础植物科学的准确性和可靠性。这一基础科学为创新抗虫性，增产和延长生长季节奠定了基础。

“使用这个工具集，我们可以插入感兴趣基因的额外副本，而不是在染色体中修饰该基因，但是该基因被在染色体中调节该基因的相同大侧翼DNA序列包围。”植物和微生物生物学副教授，论文的合著者安娜·斯蒂芬诺娃(Anna Stepanova)说。“这使我们能够捕获基因的正常环境，从而捕获基因何时何地开启和关闭。”

她说，包括这些背景信息可以使植物科学家收集更准确的信息，无论他们对参与植物生长的基因还是有害生物的防治感兴趣。

该工具集可用于在几乎任何植物物种中进行基因修饰，包括玉米，水稻和西红柿等农作物，但在经过充分研究的植物(如拟南芥)中更容易使用，阿隆索说。拟南芥是一种与卷心菜和芥末有关的小植物，对许多植物科学家而言，它是“实验鼠”。

该工具集中的遗传工具包括那些用于在目标蛋白质上添加发光标签以追踪其在生长中的植物中的位置的工具。轻松修剪掉多余或有问题的DNA序列的工具;以及使新修饰的目的基因更容易转移到植物中的工具。

工具集和团队的协议是可扩展的。Stepanova说，它们可以用于修饰单个基因，也可以用于高通量研究中，一次研究整个基因组，共96个基因。但是，她希望大多数研究人员将使用该工具集来研究10至20个相关蛋白质。

Stepanova说，研究人员还可以使用该工具集将多个修饰的基因插入单个植物中，甚至可以插入整个系列的基因来产生有价值的化合物，例如某些药物。

该工具集是在过去八年中逐步构建的，因为阿隆索-斯蒂芬诺瓦实验室的其他项目需要使用该工具。研究学者哈维尔·布鲁莫斯(Javier Brumos)和赵成松(Chengsong Zhao)主要参与了工具集的创建，尽管三名本科生也参与了该项目。

阿隆索说：“学生们熟悉重组中的一些分子技术和方法，这对他们从事的任何职业都非常有用。” 他补充说，其中一个学生严功在斯坦福大学的研究生院学习。另一位大卫·索里亚诺(David Soriano)正在医学院接受采访。第三位是Arjun Patel，是NC State的大三学生。

为了测试该工具集，研究团队在涉及植物激素生产的96个基因中添加了黄色荧光标签。然后他们将标记的基因转移到细菌中，然后将标记的基因插入到拟南芥花的细胞中。这些花产生的种子中长出的一些幼苗接受了修饰的基因，并发黄光(在某些条件下)。研究人员研究了这些发光的黄色蛋白的产生时间和位置，以了解植物何时何地在哪里产生或响应生长激素生长素。