納米材料可彌補(bǔ)轉(zhuǎn)基因技術(shù)缺陷，助力植物品種改造
納米材料靶向葉綠體傳遞基因示意圖，圖片來自Nature Nanotechnology
撰文 | 馮水寒
責(zé)編 | 葉水送
● ● ●
植物基因工程能夠以較低成本增加植物生物量，過去十幾年里，在作物改良育種、藥物生物合成以及可持續(xù)農(nóng)業(yè)等方面發(fā)揮著重要作用。但傳統(tǒng)的基因工程技術(shù)針對核基因組，這引發(fā)了外來基因向雜草等其他植物擴(kuò)散的擔(dān)憂。那么，是否有新的技術(shù)能克服這一局限呢？
靶向葉綠體為其提供了新的可能。葉綠體不同于細(xì)胞核，大多數(shù)高等植物葉綠體的遺傳物質(zhì)是母系遺傳，因此不會通過花粉擴(kuò)散至其他物種。同時(shí)，植物細(xì)胞（尤其是葉肉細(xì)胞）含有幾十到幾百個(gè)葉綠體，葉綠體自身也有基因表達(dá)的一套系統(tǒng)。
盡管如此，已有的方法存在耗時(shí)長、效率不高、費(fèi)用昂貴、造成損傷、操作起來困難等一種或多種不足，因此，如何將基因?qū)肴~綠體表達(dá)仍頗具挑戰(zhàn)。
? 植物基因工程的新方法，圖片來自MIT News
近日，MIT News報(bào)道稱，該?；瘜W(xué)工程系教授Michael S. Strano及其合作者設(shè)計(jì)了殼聚糖復(fù)合單壁碳納米管（chitosan-complexed single-walled carbon nanotubes），基于脂質(zhì)交換膜穿透機(jī)制（lipid exchange envelope penetration mechanism），穿過細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、葉綠體膜，選擇性地將遺傳物質(zhì)（質(zhì)粒DNA）運(yùn)送到植物的葉綠體內(nèi)，完全不依賴外部生物或化學(xué)助劑。
目前，該方法已在擬南芥、煙草等多種植物中成功試驗(yàn)。相關(guān)研究于2月25日在國際學(xué)術(shù)期刊Nature Nanotechnology上發(fā)表。
? 相關(guān)研究已發(fā)表，圖片Nature Nanotechnology
Michael S. Strano表示：
“將遺傳物質(zhì)運(yùn)到植物的不同部位是植物生物學(xué)家非常感興趣的事情。我們的新發(fā)現(xiàn)是適用于植物物種的通用機(jī)制?！?/span>
新加坡國立大學(xué)的Sanjay Swarup（未參與該研究）高度評價(jià)稱，
“該方法無疑是為植物葉綠體選擇性基因傳遞和轉(zhuǎn)基因表達(dá)開辟了新的研究途徑?！?/span>
總的來說，碳納米管介導(dǎo)的葉綠體轉(zhuǎn)基因方法超過當(dāng)前已有的同類技術(shù)，頗具優(yōu)勢，作為植物的潛在轉(zhuǎn)化方法，能夠促進(jìn)植物基因工程和生物學(xué)研究。研究人員也希望這一新工具能令植物生物學(xué)家更輕松地設(shè)計(jì)出具有理想性狀的蔬菜和作物。
參考資料
http://news.mit.edu/2019/genetic-engineer-plants-survive-drought-0225
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0375-4
