Минихромосома
Минихромосома . — небольшая хроматинподобная структура, напоминающая хромосому и состоящая из центромер , теломер и точек начала репликации [1] но мало дополнительного генетического материала. [2] [ самостоятельно опубликованный источник? ] Они автономно реплицируются в клетке во время клеточного деления . [3] Минихромосомы могут быть созданы естественными процессами в виде хромосомных аберраций или с помощью генной инженерии . [1]
Структура
[ редактировать ]Минихромосомы могут представлять собой как линейные, так и кольцевые участки ДНК . [3] Минимизируя количество ненужной генетической информации в хромосоме и включая основные компоненты, необходимые для репликации ДНК (центромеры, теломеры и последовательности репликации), молекулярные биологи стремятся создать хромосомную платформу, которую можно будет использовать для вставки или представления новых генов в хромосому. клетка-хозяин . [3]
Производство
[ редактировать ]Производство минихромосом методами генной инженерии включает два основных метода: de novo (снизу вверх) и сверху вниз. [1]
Снова
[ редактировать ]Минимальные составные части хромосомы (центромера, теломеры и последовательности репликации ДНК) собираются. [4] используя методы молекулярного клонирования для создания желаемого хромосомного содержимого in vitro . Затем желаемое содержимое минихромосомы должно быть трансформировано в хозяина, способного собирать компоненты (обычно дрожжевые клетки или клетки млекопитающих). [5] ) в функциональную хромосому. Этот подход был предпринят для введения минихромосом в кукурузу для возможности генной инженерии, но успех был ограниченным и сомнительным. [6] В целом подход de novo более сложен, чем метод «сверху вниз», из-за проблем видовой несовместимости и гетерохроматической природы центромерных областей. [5]
Сверху вниз
[ редактировать ]Этот метод использует механизм теломер -опосредованного усечения хромосом (TMCT). Этот процесс представляет собой усечение путем избирательной трансформации теломерных последовательностей в геном хозяина. Эта вставка вызывает образование большего количества теломерных последовательностей и возможное их усечение. [3] Вновь синтезированную усеченную хромосому затем можно изменить путем включения новых генов, отвечающих за желаемые признаки. Подход «сверху вниз» обычно считается более вероятным способом создания дополнительных хромосом для использования в генной инженерии растений. В частности, это полезно, потому что была продемонстрирована их стабильность во время деления клеток. [7] Ограничением этого подхода является то, что он трудоемкий.
Роль в генной инженерии
[ редактировать ]В отличие от традиционных методов генной инженерии, минихромосомы можно использовать для переноса и экспрессии нескольких наборов генов в один сконструированный пакет хромосом. [8] Традиционные методы, предполагающие вставку новых генов в существующие последовательности, могут привести к разрушению эндогенных генов. [1] и, таким образом, отрицательно влияют на клетку-хозяина. Кроме того, при использовании традиционных методов вставки генов у ученых было меньше возможностей контролировать расположение вновь вставленных генов на хромосомах клетки-хозяина. [9] что затрудняет прогнозирование наследования нескольких генов от поколения к поколению. Технология минихромосом позволяет располагать гены бок о бок на одной хромосоме, тем самым снижая вероятность разделения новых признаков.
Растения
[ редактировать ]В 2006 году ученые продемонстрировали успешное использование усечения теломер у растений кукурузы для получения минихромосом, которые можно использовать в качестве платформы для встраивания генов в геном растения. [10] У растений последовательность теломер консервативна, а это означает, что эту стратегию можно использовать для успешного конструирования дополнительных минихромосом у других видов растений. [1]
В 2007 году ученые сообщили об успехе в сборке минихромосом in vitro методом de novo . [6]
Активно исследуется использование минихромосом как средства получения более желательных качеств сельскохозяйственных культур. Основные преимущества включают возможность введения генетической информации, которая в высокой степени совместима с геномом хозяина. Это исключает риск нарушения различных важных процессов, таких как деление клеток и экспрессия генов. При дальнейшем развитии будущее использование минихромосом может оказать огромное влияние на урожайность основных сельскохозяйственных культур. [11]
Другие организмы
[ редактировать ]Минихромосомы также были успешно вставлены в клетки дрожжей и животных. Эти минихромосомы были созданы с использованием подхода de novo . [3]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Сюй, Чуньхуэй; Ю, Вэйчан (2009). «Инженерные минихромосомы у растений». ДоступНаука . Макгроу-Хилл Образование. дои : 10.1036/1097-8542.YB090068 .
- ^ «Прикрепите гены к минихромосомам» . Архивировано из оригинала 10 июня 2010 года . Проверено 12 апреля 2012 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Гоял, Аакаш; Бхоумик, Панкадж Кумар; Басу, Сайкат Кумар (2009). «Минихромосомы: инструмент генной инженерии второго поколения» (PDF) . Журнал Plant Omics . 2 (1): 1–8.
- ^ Ю, Вэйчан; Бирчлер, Джеймс (август 2007 г.). «Минихромосомы: технология следующего поколения для растениеводства» . Проверено 11 апреля 2012 г.
- ^ Jump up to: а б Ю, Вэйчан; Яу, Юань-Ю; Бирчлер, Джеймс А. (2016). «Технология искусственных хромосом растений и ее потенциальное применение в генной инженерии» . Журнал биотехнологии растений . 14 (5): 1175–82. дои : 10.1111/pbi.12466 . ПМИД 26369910 .
- ^ Jump up to: а б Карлсон, Шон Р.; Радджерс, Гэри В.; Цилер, Хельге; Мах, Дженнифер М.; Ло, Сун; Грюнден, Эрик; Крол, Шерил; Копенхейвер, Грегори П.; Пройсс, Дафна (2007). «Мейотическая передача собранной in vitro автономной минихромосомы кукурузы» . ПЛОС Генетика . 3 (10): 1965–74. дои : 10.1371/journal.pgen.0030179 . ПМК 2041994 . ПМИД 17953486 .
- ^ Ю, В.; Хан, Ф.; Гао, З.; Вега, Дж. М.; Бирхлер, Дж. А. (2007). «Строительство и поведение сконструированных минихромосом кукурузы» . Труды Национальной академии наук . 104 (21): 8924–9. Бибкод : 2007PNAS..104.8924Y . дои : 10.1073/pnas.0700932104 . ПМК 1885604 . ПМИД 17502617 .
- ^ Хубен, Андреас; Доу, Р. Келли; Цзян, Цзимин; Шуберт, Инго (2008). «Инженерные минихромосомы растений: успех снизу вверх?» . Растительная клетка онлайн . 20 (1): 8–10. дои : 10.1105/tpc.107.056622 . JSTOR 25224208 . ПМК 2254918 . ПМИД 18223035 .
- ^ «Исследователи будут изучать минихромосомы кукурузы с грантом в 1,9 миллиона долларов» . Архивировано из оригинала 5 июня 2010 года . Проверено 15 апреля 2012 г.
- ^ Ю, В.; Лэмб, Дж. К.; Хан, Ф.; Бирхлер, Дж. А. (2006). «Теломер-опосредованное усечение хромосом у кукурузы» . Труды Национальной академии наук . 103 (46): 17331–6. Бибкод : 2006PNAS..10317331Y . дои : 10.1073/pnas.0605750103 . ПМЦ 1859930 . ПМИД 17085598 .
- ^ Халпин, Клэр (2005). «Укладка генов в трансгенных растениях – задача биотехнологии растений XXI века» . Журнал биотехнологии растений . 3 (2): 141–55. дои : 10.1111/j.1467-7652.2004.00113.x . ПМИД 17173615 .