麻省理工学院 麻省理工学院的研究人员开发了一种基因工具，可以更容易地改造植物，使其能够抵御干旱或真菌感染
他们的技术使用纳米粒子将基因传递到植物细胞的叶绿体中，适用于许多不同的植物物种
学分:麻省理工学院 麻省理工学院的研究人员开发了一种新的基因工具，可以更容易地改造植物，使其能够抵御干旱或真菌感染
他们的技术使用纳米粒子将基因传递到植物细胞的叶绿体中，适用于许多不同的植物物种，包括菠菜和其他蔬菜
这一新策略可以帮助植物生物学家克服转基因植物中的困难，转基因植物现在是一个复杂、耗时的过程，必须根据被改变的特定植物物种进行定制
“这是一个普遍的机制，适用于所有植物物种，”碳P的迈克尔·斯特拉诺说
麻省理工学院化学工程教授，关于新方法
斯特拉诺和蔡南海，新加坡国立大学淡马锡生命科学实验室的副主任和洛克菲勒大学的名誉教授，是这项研究的资深作者，这项研究发表在2月号
25期《自然纳米技术》
蔡美儿说:“这是叶绿体转化的重要的第一步。”
这项技术可用于快速筛选多种作物叶绿体表达的候选基因
" 这项研究首次出现在最近启动的新加坡-麻省理工学院农业精准破坏性和可持续技术研究与技术联盟项目中，该项目由斯特拉诺和蔡美儿领导
这项研究的主要作者是麻省理工学院的前博士后申永国，他现在是DiSTAP项目的科学主任，以及麻省理工学院的研究生特德里克·托马斯·萨利姆·卢
针对叶绿体 几年前，斯特拉诺和他的同事发现，通过调整纳米粒子的大小和电荷，他们可以设计纳米粒子穿透植物细胞膜
这种机制被称为脂质交换包膜渗透(LEEP)，通过将携带荧光素酶(一种发光蛋白质)的纳米粒子嵌入植物的叶子，使它们能够创造发光的植物
当麻省理工学院团队报告说使用LEEP将纳米粒子植入植物时，植物生物学家开始询问它是否可以用于基因工程植物，更具体地说，是否可以将基因植入叶绿体
植物细胞有几十个叶绿体，所以诱导叶绿体(而不仅仅是细胞核)表达基因可能是产生更多所需蛋白质的一种方法
斯特拉诺说:“将遗传工具带到植物的不同部位是植物生物学家非常感兴趣的事情。”
“每次我给植物生物学社区做报告时，他们都会问你是否可以用这种技术将基因传递到叶绿体
" 叶绿体，最著名的光合作用场所，包含大约80个基因，编码进行光合作用所需的蛋白质
叶绿体也有自己的核糖体，允许它在叶绿体内组装蛋白质
到目前为止，科学家们很难将基因导入叶绿体:唯一现有的技术需要使用高压“基因枪”来迫使基因进入细胞，这可能会损害植物，并且效率不高
利用他们的新策略，麻省理工学院团队创造了纳米粒子，由包裹在壳聚糖(一种天然糖)中的碳纳米管组成
带负电荷的脱氧核糖核酸与带正电荷的碳纳米管松散结合
为了让纳米粒子进入植物叶片，研究人员将装有粒子溶液的无针注射器应用到叶片表面的下侧
颗粒通过称为气孔的小孔进入叶片，气孔通常控制水分蒸发
一旦进入叶片内部，纳米颗粒就会穿过植物细胞壁、细胞膜，然后是叶绿体的双层膜
当粒子进入叶绿体后，叶绿体中稍微不太酸性的环境会导致DNA从纳米粒子中释放出来
一旦释放，脱氧核糖核酸可以被翻译成蛋白质
在这项研究中，研究人员传递了一种黄色荧光蛋白的基因，使他们能够容易地观察到哪些植物细胞表达了这种蛋白
他们发现，大约47%的植物细胞产生这种蛋白质，但是他们认为，如果它们能够输送更多的颗粒，这一比例还会增加
更有弹性的植物 这种方法的一个主要优点是它可以用于许多植物物种
在这项研究中，研究人员在菠菜、豆瓣菜、烟草、芝麻菜和拟南芥(一种通常用于研究的植物)中进行了测试
他们还表明，该技术并不仅限于碳纳米管，还可能扩展到其他类型的纳米材料
研究人员希望这种新工具能让植物生物学家更容易地将各种令人满意的特性转化为蔬菜和作物
例如，新加坡和其他地方的农业研究人员对为城市农业创造能以更高密度生长的多叶蔬菜和作物感兴趣
其他可能性包括创造抗旱作物；对香蕉、柑橘和咖啡等作物进行工程改造，使其能够抵抗可能导致其灭绝的真菌感染；改良水稻，使其不吸收地下水中的砷
因为工程基因只在母系遗传的叶绿体中携带，它们可以传递给后代，但不能转移给其他植物物种
“这是一个很大的优势，因为如果花粉经过基因改造，它可以传播到杂草中，你可以让杂草对除草剂和杀虫剂有抵抗力
因为叶绿体是通过母体传递的，所以它不会通过花粉传递，并且有更高水平的基因控制，”卢说
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