Preprogramovateľné „genetické obvody“ môžu nakoniec pomôcť rastlinám prispôsobiť sa klimatickým zmenám

(Yuji Sakai/Getty Images)

Genetici zo Stanfordskej univerzity prišli na spôsob, ako starostlivo kontrolovať štruktúru koreňov rastlín počas ich rastu a vetvenia.

Manipuláciou s hĺbkou a tvarom rastúceho koreňového systému výskumníci dúfajú, že jedného dňa dokážu preprogramovať plodiny tak, aby boli odolnejšie voči zmena podnebia .

Napríklad plytší koreňový systém by mohol pomôcť plodinám lepšie absorbovať fosfor blízko povrchu. Zatiaľ čo hlbší koreňový systém by mohol byť lepší na zhromažďovanie vody a dusíka.



'Naše syntetické genetické obvody nám umožnia vybudovať veľmi špecifické koreňové systémy alebo veľmi špecifické štruktúry listov, aby sme videli, čo je optimálne pre náročné podmienky prostredia, o ktorých vieme, že prichádzajú,' vysvetľuje bioinžinierka Jennifer Brophyová zo Stanfordskej univerzity.

'Oveľa presnejšie robíme inžinierstvo závodov.'

Genetické techniky, ktoré Brophy a jej kolegovia používajú na dosiahnutie takej vysokej presnosti, by mohli potenciálne preprogramovať rastliny oveľa rýchlejšie, než sa inak dokážu prispôsobiť, a presnejšie, ako sa dajú pestovať na požadované vlastnosti.

Pomocou buniek tabakovej rastliny vedci vytvorili syntetický genetický okruh, ktorý riadi génovú expresiu – a ukázali, ako to funguje v inej rastline.

Genetický obvod si môžete predstaviť podobne ako počítačový kód logické brány . Iba správne vstupné hodnoty môžu vstúpiť do brány a vytvoriť výstup.

Tieto biologické okruhy sú tiež podobne ako elektrické obvody so spínačmi , ako tie, ktoré napájajú váš telefón.

Interpretačná „schéma“ syntetických génových okruhov, ktoré spájajú korene rastlín. ( Jennifer Brophy/Standfordská univerzita )

V bunke môžu byť tieto brány, ktoré v konečnom dôsledku vedú ku genetickej expresii, otvorené iba syntetickými transkripčnými „promótormi“, ktoré sú špecifické pre určité rastlinné tkanivá. To znamená, že výskumníci môžu potenciálne kontrolovať, ktoré bunky v rastline exprimujú ktoré gény, čím sa zmení rast rastliny.

Pri vytváraní série syntetických logických brán pre jeden gén spojený s vývojom laterálnych koreňov boli výskumníci schopní manipulovať s rastom malej burinovej rastliny, známej ako Arabidopsis thaliana .

Zmenou expresie tohto jedného génu, výskumnícizmenila hustotu vetiev v koreňovom systéme rastlinybez ovplyvnenia iných koreňových vlastností.

To je veľký úspech, pretože ďalšia štúdia predtým zobrazené ako malé zmeny v tomto jednom géne pre vývoj koreňov môžu ovplyvniť všetky druhy vlastností koreňov, ako je vývoj koreňového vlásku alebo primárny rast koreňov.

„Aby sme oddelili vetvenie koreňov od iných vývojových procesov, vyjadrili sme: slr-1 mutantný gén s použitím tkanivovo špecifického promótora, ktorý je len na laterálnom koreni kmeňových buniek “, výskumníci písať .

Ďalej autori plánujú otestovať svoje preprogramované genetické obvody cirok , čo je jedinečná plodina, ktorá je sľubná ako biopalivo. Tím dúfa, že zlepší schopnosť ciroku absorbovať vodu a efektívnejšie vykonávať fotosyntézu.

Ak sa ukáže, že táto genetická technika je účinná, jej možnosti sú neobmedzené. Preprogramovanie plodín pomocou syntetických genetických obvodov si však bude vyžadovať starostlivé ladenie.

'Máme moderné odrody plodín, ktoré stratili schopnosť reagovať na to, kde sú živiny v pôde,' hovorí rastlinný biológ José Dinneny, tiež zo Stanfordu.

'Rovnaký druh logických brán, ktoré riadia vetvenie koreňov, by sa dal použiť napríklad na vytvorenie okruhu, ktorý zohľadňuje koncentrácie dusíka aj fosforu v pôde a potom generuje výstup, ktorý je optimálny pre tieto podmienky.'

Štúdia bola publikovaná v r Veda .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.