En ny metode for å konstruere kunstige planter kromosomer fra små ringer av naturlig forekommende plante-DNA kan brukes til å transportere flere gener samtidig inn embryonale anlegg der de er uttrykt, dupliseres som planteceller deler, og gikk videre til neste generasjon - en lang langsiktige målet for de som er interessert i å forbedre produktivitet i landbruket.
I de 19 oktober 2007 utgaven av PLoS-Genetics, et team av akademiske og kommersielle forskere viser at deres "mais mini-kromosomer" (MMC) kan presentere en hel "kassett" av nye gener inn i en plante på en måte som er strukturelt stabil og funksjonell. Tidlige resultater, studiens forfattere sier, "tyder på at MMC kunne opprettholdes på ubestemt tid."
"Dette synes være verktøyet som landbruks-forskere, og bønder, har lenge drømt om", sier Daphne Preuss, PhD, professor i molekylær genetikk og cellebiologi ved Universitetet i Chicago og administrerende vitenskapelige offiser og president i Chromatin, Inc., skaperne av MMCs.
"Denne teknologien kan brukes til å øke hardførhet, yield og næringsinnhold av avlinger," sa hun. "Det kan øke produksjonen av etanol eller andre biodrivstoff. Det kan gjøre det mulig planter for å lage komplekse biokjemikalier, som for eksempel medisiner, i svært liten kostnad."
Det kan også "cut ett til to år ut av eventuelle nye transgene prosjekt," sier Preuss, som tar permisjon fra universitetet for å bringe denne teknologien i markedet. "Du får et bedre produkt raskere, noe som sparer tid, reduserer kostnader og frigjør ressurser."
Produksjonen av transgene planter, inkludert mais, har historisk sett vært avhengig av teknikker som integreres DNA fragmenter til en host kromosom. Dette kan forstyrre viktige innfødte gener eller føre til begrenset eller uregulert uttrykk for den ekstra genet.
Øyeblikket, for å legge et enkelt gen, anlegg forskerne til å lage hundrevis av transgene planter der det nye genet er tilfeldig satt inn i en plante kromosom. Så skjermen gen-endret planter for å finne noen som kan være egnet for kommersiell bruk. Hvis de ønsker å legge til to gener, skaper de dobbelt så mange nye planter, skjermen for enkelt-gen suksesser, så kryss avle dem for å få både nye gener, en langsom og arbeidskrevende prosess.
I stedet har Preuss og kolleger konstruert MMCs som inneholder DNA-sekvenser som finnes i mais centromeres, det kromosomale regioner som trengs for arv. Heller enn å sette inn nye gener tilfeldig inn i en plante naturlige kromosomer, disse mini-kromosomene forblir atskilt.
Som et resultat kan de nye genene bli arrangert i en definert sekvens, med hvert gen omgitt av ønsket regulatoriske mekanismer. Dette resulterer i mer konsistent og kontrollert uttrykk. Hele kassetten av gener er gått på som en gruppe under celledeling samt til neste generasjon.
I deres PLoS papir, karakterisert forskerne oppførselen til mais mini-kromosomet gjennom fire generasjoner. Ved hjelp av et gen for rød farge som markør, viste de at den ekstra genene er uttrykt "i nesten hvert blad celle, viser stabilitet gjennom mitose" - prosessen der en celle duplikater sin kromosomer å generere to identiske datter celler.
De viser også at MMC er effektivt formidlet gjennom meiose, dannelsen av kjønnscellene, til neste generasjon, ved forholdstall "nærmer mendelsk arv."