Nanotecnologías para la edición del genoma vegetal

Resumen del proyecto

Aprovechamos los nanomateriales para permitir la edición del genoma de alto rendimiento en cualquier especie de planta.

La ingeniería genética de plantas está en el centro de los esfuerzos de sostenibilidad ambiental, la síntesis de productos farmacéuticos naturales y la ingeniería de cultivos agrícolas para satisfacer las necesidades de una población en crecimiento en un clima global cambiante. Debemos implementar herramientas para transformar las prácticas agrícolas a fin de satisfacer las crecientes necesidades de alimentos y energía. Avances recientes en genoma,-El desarrollo de herramientas de edición ha revolucionado la capacidad de los investigadores para investigar y modificar genéticamente sistemas vivos. Sin embargo, la ingeniería genética de plantas maduras y sus plastidios sigue siendo un desafío debido a las numerosas barreras físicas que deben cruzarse para que las plantas maduras edición del genoma basado en CRISPR. Nanomateriales son muy prometedores para avanzar en nuestro conocimiento y conjunto de herramientas para la edición del genoma, particularmente para la ciencia de las plantas. (i) Desarrollaremos una comprensión de escala nano a meso de los mecanismos por los cuales se transportan las nanopartículas a través de la planta. (SCD por sus siglas en inglés), y se pueden lograr membranas de cloroplasto. (ii) Identificar compuestos de nanopartículas que sean altamente eficientes para la internalización de células vegetales y utilizar dichas nanopartículas para entregar ADN, moléculas de ARNy Cas9-ARNg RNP a plantas y callos de manera independiente de la especie.

La barrera física que presenta la pared celular ha limitado la facilidad y el rendimiento con el que se pueden entregar biomoléculas exógenas a las plantas. Las técnicas actuales adolecen de limitaciones en el rango de huéspedes, bajas eficiencias de transformación, toxicidad e integración inevitable del ADN en el genoma del huésped. El estudio propuesto caracterizará sistemáticamente el transporte de nanomateriales en plantas para desarrollar herramientas para la edición del genoma mediada por nanopartículas. Crearemos una plataforma de nanopartículas para permitir el injerto electrostático de biomoléculas de ingeniería genómica, que se aprovecharán para transformar genéticamente plantas maduras. Nuestro trabajo preliminar demuestra una eficiencia basada en difusión. plásmido Entrega de ADN y pequeño ARN de interferencia (ARNip) en dos especies de plantas maduras con un conjunto de nanomateriales de carbono de alta relación de aspecto prístinos y funcionalizados químicamente. Entrega eficiente de ADN y fuerte transitorio proteína expresión se logra en madurez Eruca sativa (rúcula) hojas con nanotubos de carbono prístinos o de pared simple funcionalizados covalentemente o de paredes múltiples, con eficiencias comparables a agrobacteriatransfección basada en. Demostramos una segunda estrategia basada en nanopartículas en la que el ARNip se entrega y activa en el Nicotiana benthamiana citosol de células vegetales, silenciando eficazmente un gen con un 95% de eficiencia. Con base en estos datos preliminares, este estudio se basa en la interfaz de la ciencia de los nanomateriales y las plantas. genómica, para desentrañar sistemáticamente la complejidad de las interacciones y el transporte de nanomateriales en plantas para la edición del genoma.

Producción a gran escala de crianza transgénica Las plantas pueden mitigar la necesidad cada vez más urgente de cultivos sostenibles y de alto rendimiento. Estudiar la biodistribución de nanomateriales en sistemas vegetales y aprovechar su uso para crear transformantes genéticos de plantas maduras permitirá un método sintético para crear cultivos robustos que satisfagan nuestras necesidades alimentarias y energéticas. Nuestro trabajo proporciona una herramienta prometedora para la entrega pasiva, dirigida y independiente de la especie de material genético, sin integración transgénica, en células vegetales para pruebas rápidas y paralelizables de las relaciones genotipo-fenotipo de la planta.

Surtido de gráficos que representan la edición de genes en plantas.

(Arriba a la izquierda) Para la expresión de un gen funcional, el ADN se entrega al núcleo de la célula vegetal madura con nanotubos de carbono. Por separado, para silenciar un gen funcional, el ARNip se administra al citoplasma de la célula vegetal con nanotubos de carbono. (Arriba a la derecha) Iluminación de un libro con plantas emisoras de luz (dos plantas de berros de 3.5 semanas). (Abajo) Perfil de fluorescencia del eje Z de una hoja de rúcula que expresa GFP después de 3 días de infiltración con ADN que lleva nanotubos de carbono. Verde: fluorescencia de GFP, rojo: autofluorescencia de clorofila.

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