Нокаутирующий мох
Нокаутный мох — это разновидность генетически модифицированного мха . мха Один или несколько специфических генов удаляются или инактивируются (« выключаются »), например, с помощью генного нацеливания или других методов. После удаления гена нокаутный мох потерял признак, кодируемый этим геном. Таким образом, можно сделать вывод о функции этого гена. Этот научный подход называется обратной генетикой , поскольку ученый хочет понять функцию определенного гена. В классической генетике ученый начинает с интересующего фенотипа и ищет ген, вызывающий этот фенотип. Нокаутные мхи актуальны для фундаментальных исследований в биологии, а также в биотехнологии .
Научная основа
[ редактировать ]Целенаправленное удаление или изменение генов основано на интеграции цепи ДНК в специфическом и предсказуемом положении в геном клетки-хозяина. Эта цепь ДНК должна быть сконструирована таким образом, чтобы оба конца были идентичны этому конкретному локусу гена . Это необходимое условие для эффективной интеграции посредством гомологичной рекомбинации (HR). Это похоже на процесс, используемый для создания мышей-нокаутов . На данный момент этот метод нацеливания генов на наземные растения был реализован на мхах Physcomitrella patens и Ceratodon purpureus . [ 2 ] поскольку у этих несеменных растений видов эффективность ГР на несколько порядков выше, чем у семенных растений . [ 3 ]
Нокаутные мхи хранятся и распространяются специализированным биобанком - Международным центром запасов мхов .
Метод
[ редактировать ]Для целевого изменения генов мха конструкцию ДНК необходимо инкубировать вместе с протопластами мха и полиэтиленгликолем (ПЭГ). Поскольку мхи являются гаплоидными организмами, регенерирующие нити мха ( протонемы ) можно напрямую протестировать на предмет нацеливания на гены в течение шести недель при использовании методов ПЦР . [ 4 ]
Примеры
[ редактировать ]Отделение хлоропластов
[ редактировать ]Первая научная публикация, в которой нокаутный мох использовался для определения функции до сих пор неизвестного гена, появилась в 1998 году и была написана Ральфом Рески и его коллегами. Они удалили ген ftsZ и, таким образом, функционально определили первый ген, имеющий решающее значение для деления органеллы у любого эукариота . [ 5 ]
Модификации белка
[ редактировать ]Растения Physcomitrella были сконструированы с множественными нокаутами, чтобы предотвратить специфическое для растений гликозилирование белков, важную посттрансляционную модификацию . Эти нокаутирующие мхи используются для производства сложных биофармацевтических препаратов в области молекулярного земледелия . [ 6 ]
Коллекция мутантов
[ редактировать ]В сотрудничестве с химической компанией BASF Ральф Рески и его коллеги создали коллекцию мхов-нокаутов, которые можно использовать для идентификации генов. [ 1 ] [ 7 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Эгенер, Таня; Гранадо, Хосе; Гиттон, Мари-Кристин; Хоэ, Аннетт; Холторф, Хауке; Лухт, Ян М; Ренсинг, Стефан А; Шлинк, Катя; Шульте, Юлия; Швейн, Габриэле; Циммерманн, Сюзанна; Дувениг, Эльке; Рак, Бодо; Рески, Ральф (2002). «Высокая частота фенотипических отклонений у растений Physcomitrella patens, трансформированных с помощью библиотеки разрушения генов» . Биология растений BMC . 2 :6. дои : 10.1186/1471-2229-2-6 . ПМК 117800 . ПМИД 12123528 .
- ^ Миттманн, Ф; Динстбах, С; Вайсерт, А; Форрейтер, К. (июнь 2009 г.). «Анализ семейства генов фитохромов у Ceratodon purpureus путем нацеливания на гены выявил основной фитохром, ответственный за фото- и поляротропизм». Планта . 230 (1): 27–37. дои : 10.1007/s00425-009-0922-6 . ПМИД 19330350 . S2CID 8345708 .
- ^ Рески, Ральф (1998). « Физкомитрелла и арабидопсис : Давид и Голиаф обратной генетики». Тенденции в науке о растениях . 3 (6): 209–10. дои : 10.1016/S1360-1385(98)01257-6 .
- ^ Рейнхард, Кристина; Швин, Габриэле; Рески, Ральф; Хоэ, Аннетт; Эгенер, Таня; Лухт, Ян М.; Холторф, Хауке (2004). «Улучшенная и высоко стандартизированная процедура трансформации позволяет эффективно производить единичные и множественные нокауты генов у мха Physcomitrella patens ». Современная генетика . 44 (6): 339–47. дои : 10.1007/s00294-003-0458-4 . ПМИД 14586556 . S2CID 45780217 .
- ^ Стрепп, Рене; Шольц, Сиркка; Крузе, Свен; Спет, Волкер; Рески, Ральф (1998). «Нокаут ядерного гена растений раскрывает роль в делении пластид гомолога белка FtsZ деления бактериальных клеток, предкового тубулина» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (8): 4368–4373. Бибкод : 1998PNAS...95.4368S . дои : 10.1073/pnas.95.8.4368 . JSTOR 44902 . ПМК 22495 . ПМИД 9539743 .
- ^ Копривова, Анна; Стеммер, Кристиан; Альтманн, Фридрих; Хоффманн, Аксель; Коприва, Станислав; Горр, Гилберт; Рески, Ральф; Декер, Ева Л. (2004). «Направленное нокаутирование Physcomitrella, лишенного специфических для растений иммуногенных N-гликанов». Журнал биотехнологии растений . 2 (6): 517–23. дои : 10.1111/j.1467-7652.2004.00100.x . ПМИД 17147624 . S2CID 4645132 .
- ^ BASF и Фрайбургский университет будут сотрудничать в области биотехнологии растений.