Synthetische genetische circuits herprogrammeren plantro

Synthetische genetische circuits herprogrammeren plantenwortels

image: Synthetische genetische circuits die zijn ontworpen om genexpressie in plantenwortels opnieuw te bedraden, kunnen worden gebruikt om de manier waarop wortels groeien te veranderen.
visie meer

Krediet: Afbeelding met dank aan Jennifer Brophy, Stanford University.

De wetenschap

Het beheersen van de activiteit van genen is een belangrijke stap in de engineering van planten voor verbeterde bio-energiegewassen. Dit onderzoek ontwikkelde synthetische genen die kunnen worden gecombineerd om specifieke patronen van genexpressie in de plant te bereiken. De expressie van de synthetische genen is geprogrammeerd in de vorm van Booleaanse („AND“, „OF“ en „NIET“) logische poorten die op dezelfde manier werken als computerprintplaten. Met behulp van de synthetische gencircuits creëerden de onderzoekers met succes voorspelbare, nieuwe expressiepatronen van fluorescerende eiwitten. Ten slotte gebruikten ze vergelijkbare gencircuits om de wortelarchitectuur opnieuw te ontwerpen door het aantal worteltakken af ​​​​te stemmen.

De gevolgen

Om biologische functies te begrijpen en nieuwe biotechnologische toepassingen te ontwerpen, moeten wetenschappers genexpressie nauwkeurig manipuleren. Dit is het proces dat instructies in het DNA omzet in eiwitten en andere producten waarmee cellen hun werk kunnen doen in een organisme. Het beheersen van specifieke patronen van genexpressie in planten is een uitdaging. Een mogelijke oplossing zijn synthetische genetische circuits. Het afstemmen van circuitactiviteit over verschillende soorten plantencellen is echter moeilijk gebleken. Dit onderzoek ontwikkelde nieuwe genetische circuits die een nauwkeurige controle van de wortelarchitectuur mogelijk maken. Omdat wortels belangrijk zijn voor de opname van water en voedingsstoffen, maakt deze benadering het mogelijk om op maat gemaakte wortelarchitecturen te ontwerpen. Dit zal op zijn beurt onderzoekers helpen om bio-energiegewassen te ontwikkelen met verbeterde eigenschappen voor groei in marginale gronden.

Overzicht

Om synthetische gencircuits op te zetten die in staat zijn om genexpressie in planten voorspelbaar te reguleren, hebben wetenschappers een grote verzameling bacteriële genregulatoren aangepast voor gebruik als synthetische activatoren of repressoren van genexpressie in planten, ook bekend als transcriptiefactoren. Met behulp van een tijdelijk expressiesysteem toonden de onderzoekers aan dat de synthetische transcriptiefactoren en hun doel-DNA-sequenties (promotors) in staat zijn om specifieke en afstembare controle van genexpressie te sturen. Ze ontwierpen synthetische promotors die reageerden op één synthetische transcriptiefactor om te werken als eenvoudige logische poorten die op één invoer reageerden, terwijl complexere poorten synthetische promotors vereisten die op meerdere invoer reageerden. Het onderzoek vond deze logische poorten om de expressie op voorspelbare manieren te regelen volgens de specifieke Booleaanse regels die zijn gecodeerd in de gemanipuleerde genen.

Om synthetische gencircuits in een meercellige context te implementeren, gebruikten de onderzoekers Arabidopsis wortels als een modelsysteem waar endogene promoters weefselspecifieke expressie van de synthetische transcriptiefactoren aanstuurden. De gencircuits genereerden nieuwe expressiepatronen die het resultaat waren van het succesvol uitvoeren van logische bewerkingen. De onderzoekers gebruikten verder een van de logische poorten om de expressie van een hormoonsignaleringsregulator kwantitatief te controleren om de hoeveelheid wortelvertakking in het wortelstelsel van Arabidopsis. Deze resultaten tonen aan dat het nu mogelijk is om genexpressie in verschillende plantenceltypen te programmeren met behulp van genetische circuits, wat een routekaart biedt om veerkrachtiger bio-energiegewassen te ontwikkelen.

Financiering

Financiering werd verstrekt door het Department of Energy Office of Science, Biological and Environmental Research-programma; de Burroughs Wellcome Fund Career Awards op de wetenschappelijke interface; de Chan Zuckerberg Biohub; het Howard Hughes Medisch Instituut; en de Simonsstichting.


Vrijwaring: AAAS en EurekAlert! zijn niet verantwoordelijk voor de juistheid van persberichten die op EurekAlert! door bijdragende instellingen of voor het gebruik van informatie via het EurekAlert-systeem.

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert