Kukuřice nabídla genetickým inženýrům skvělý nástroj pro manipulaci rostlin

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 23. listopad 2007

Napsal Stanislav Obruča

V zářijovém čísle časopisu PLoS-Genetics publikovala skupina akademických i komerčních výzkumníků článek, ve kterém dokázala, že právě kukuřičné mini-chromosomy (maize mini-chromosomes, MMC) by mohly být hledanou „kazetou“ na nové geny při přípravě transgenních rostlin. Hlavní vlastností, která vede vědce k tomuto závěru, je vysoká strukturní stabilita a funkčnost těchto chromosomů. Vědci dokonce předpokládají, že vlastnosti předávané pomocí MMC by mohly být trvalé.

„Vypadá to, že konečně máme v rukou nástroj, po kterém vědci a farmáři tak dlouho touží,“ říká Daphne Preussová, která je profesorkou molekulární genetiky a rostlinné biologie University of Chicago a zároveň vedoucí výzkumu a prezidentka společnosti Chromatin Inc., která se právě výzkumem a komerčním využitím MMC zabývá. „Tato nová technologie by mohla být použita například k přípravě vysoce odolných nebo vysoce výtěžných rostlin a nebo rostlin, které by měly vyšší nutriční hodnotu,“ říká profesorka Daphne Preussová. „Mohla by se zefektivnit výroba bioetanolu a dalších biopaliv. Také bychom mohli přinutit rostliny vyrábět soubory biochemikálií (například léků) s velice nízkými náklady.“

Celá historie produkce transgenních rostlin (včetně kukuřice) je závislá na technikách přesunu fragmentů DNA do chromosomu hostitelské buňky. To však může vést k poškození „původních“ životně důležitých genů a nebo k limitované či neregulované expresy nově přidaných genů. Vlastně se jedná o hru na náhodu - kam asi gen padne.

V současné době znamená přesun jednoho genu přípravu stovek transgenních rostlin, které mají tento gen náhodně zařazen do některého ze svých chromosomů. Poté musí vědci v této záplavě nově připravených rostlin najít několik rostlin, které jsou vhodné ke komerčnímu použití. Pokud chtějí vědci rostlině přidat geny dva, musí připravit dvakrát tolik rostlin – pro každý gen jednu sérii o stovkách kusů. Poté co naleznou rostliny, ve kterých se gen „rozumně“ uchytil, musí zkřížit rostlinu obsahující jeden nový gen s rostlinou obsahující druhý gen tak, aby vznikla rostlina obsahující oba nové geny. Celý proces je velice zdlouhavý pracný.

Místo toho profesorka Preussová se svými kolegy připravila MMC obsahující DNA sekvence nacházející se v kukuřičných centromerách, tedy oblastech chromosomů zodpovědných za dědičnost. Místo toho aby se nové geny náhodně zařadily do chromosomu rostliny, zůstanou separovány umístěny právě na MMC. Výsledek vede k tomu, že jsou jednotlivé geny „naaranžovány“ do předem definovaných sekvencí, je tedy možné dosáhnout požadovaných regulačních mechanismů. Exprese nových genů je tedy stálá a kontrolovaná. Celá kazeta nových genů se navíc přirozeně předává z generaci na generaci.

Ve článku publikovaném PLoS-Genetics  vědci zkoumali chování MMC v průběhu čtyř generací. MMC nesly gen kódující červené barvivo. Experiment ukázal, že došlo k expresi požadovaného genu téměř ve všech listových buňkách. To indikuje stabilitu MMC v průběhu mitózy – procesu ve kterém dochází k dělení buněk, z jedné mateřské buňky vznikají dvě identické buňky dceřiné. MMC také prodělali proces meiózy v souladu se zákony mendelovské dědičnosti.

To vše dokazuje, že MMC se chovají jako obvyklé chromosomy. Především zůstávají od ostatních chromozomů oddělené. Genová kazeta je strukturně stabilní i při přenosu z generace na generaci, geny které jsou v ní uschovány procházejí úspěšně expresí, mitózou i meiózou.

Již před šesti lety založila profesorka Preussová se svými dvěma post-doc studenty Gregory Copenhaverem a Kevin Keithem společnost Chromatin, která si dala za cíl vylepšit a aplikovat technologii MMC. V září roku 2006 obdržela společnost patent, který poskytuje firmě Chromatin Inc. patentovou ochranu na technologii MMC vztahující se na všechny průmyslové rostliny.

 V květnu 2007 odkoupil biotechnologický gigant Monsanto od Chromatin Inc. práva na použití technologie MMC pro manipulaci rostlin jako jsou kukuřice, bavlna a nebo sója. Chromatin uvažuje o prodeji práv také jiným biotechnologickým firmám. Načasování je z pohledu firmy Chromatin Inc. ideální. USA hodlají omezit dovoz ropy a snížit emise skleníkových plynů. Do roku 2012 by se měla produkce bioetanolu zdvojnásobit a do roku 2022 by měla vzrůst dokonce čtyřikrát. Preussová a její kolegové doufají, že se jim podaří aplikovat MMC také na jiné rostliny, jako je například cukrová třtina nebo rákosovitá travina switch grass, které by také mohly být použity pro výrobu biopaliv. Tým se dál snaží zvýšit kapacitu MMC tak, aby mohly nést co nejvyšší počet genů. Už se podařilo připravit MMC se šestkrát vyšší kapacitou než měl první typ označovaný jako MMC1.

Zdroj: Eurekalert.org