더 빠른 식물 변형을 위해 유전자를 '스택'하는 새로운 접근 방식

2023년 6월 9일

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스테파니 시이(Stephanie Seay), 오크리지 국립연구소

제트 바이오 연료용 공정 이점 작물의 개발을 가속화하기 위한 발견에서 에너지부 오크리지 국립 연구소의 과학자들은 단일 단계로 여러 유전자를 식물에 삽입할 수 있는 기능을 개발했습니다.

ORNL이 주도하는 바이오에너지 혁신 센터의 최고 경영자인 Jerry Tuskan은 "2050년까지 지속 가능한 연료를 사용하여 탄소 제로 항공 산업의 목표를 달성하려고 노력하는 동안 기술적으로, 경제적으로, 생물학적으로 엄청난 과제가 있습니다"라고 말했습니다. 또는 연구를 지휘한 CBI. "여러 유전자를 동시에 테스트할 수 있는 능력을 갖추게 되면 해당 과정의 속도가 빨라지고 2050년까지 석유 기반 항공 연료를 100% 대체하려는 국가 목표를 달성할 확률이 높아질 것입니다."

유전자 스태킹(gene-stacking)으로 알려진 식물 형질전환 기술은 한 번에 하나의 유전자를 표적 식물의 DNA에 삽입한 다음 식물의 서열을 분석하여 유전자가 올바른 위치에 있고 올바른 방향을 가지고 있는지 확인하는 힘든 방법을 대체합니다. 원하는 신체적 특성.

유전자는 진공 상태에서 작동하지 않습니다. 더 빠른 성장과 가뭄 내성과 같이 연구자들이 원하는 복잡한 특성은 종종 여러 유전자에 의해 제어됩니다. 전통적인 유전 공학에는 식물에 하나의 유전자와 관련 생화학적 기계를 추가하고 그것이 작동한다는 것을 증명한 다음 해당 식물 재료를 가져와 다른 유전자로 두 번째로 변형시켜 작동한다는 것을 증명하고 세 번째 유전자 등을 복합체로 만드는 작업이 포함됩니다. 시간 집약적인 프로세스.

연구에 공동으로 참여한 Tuskan은 "한 번의 변환으로 모든 작업을 수행할 수 있다면 훨씬 더 효율적입니다."라고 말했습니다.

ORNL 과학자들은 더 큰 단백질에서 분리된 다음 다시 결합하여 새로운 단백질을 생성하는 자연적인 능력을 가진 인테인이라는 단백질 세그먼트를 사용하여 새로운 전달 방법을 만들었습니다. 연구자들은 인테인을 사용하여 변형된 세포를 "표시"하거나 식별하는 유전자를 포함하여 식물에 4개의 유전자를 동시에 삽입하고 안정성을 지원하며 바이오센서로 편집 내용을 감지할 수 있도록 하는 분할 선택 마커 시스템을 만들었습니다.

Communications Biology에 설명된 이 기술은 담배, 모델 식물 Arabidopsis thaliana 및 바이오매스 공급원료 포플러에 대해 시연되었습니다.

생성된 잡종은 ORNL이 개발한 광 기반 바이오센서를 사용하여 검사했는데, 이는 새로운 유전자가 식물에 통합되었음을 나타냅니다. 이번 연구 결과는 식물 DNA를 조사해 확인됐다.

ORNL 프로젝트 책임자인 Xiaohan Yang은 "이 프로젝트는 이상적이지 않은 조건에서도 성장하는 견고한 바이오에너지 공급원료를 만드는 데 전념한 CBI의 수년간의 연구 결과"라고 말했습니다. "우리는 나무가 경제적으로 자라고 제트 연료로 가공될 수 있도록 포플러에 특성을 쌓고 싶습니다." 새로운 유전자 스태킹 기능은 기존 식물 형질전환 파이프라인에서 쉽게 구현되는 동시에 훨씬 더 빠른 결과를 얻을 수 있다고 Yang은 말했습니다.

청정 항공 연료를 위한 지속 가능한 비식량 공급원료 작물을 개발하려는 사명의 일환으로 CBI는 더 높은 수확량, 바이오 연료로 더 쉽게 가공될 수 있는 바이오매스 구성 및 가뭄 내성과 같은 식물 특성을 제어하는 ​​유전자를 식별했습니다.

Yang과 동료들은 12개의 유전자(포플러의 생물학적 기능과 관련된 10개와 표지자 2개)를 한 번에 삽입하는 기술의 반복 작업을 시작했습니다. Yang은 이 기술을 개선하여 최대 20개의 유전자를 쌓을 수 있도록 하는 것이 가능하다고 말했습니다.