Минихромосома - Minichromosome

За счет встраивания нескольких генов и теломер образуется укороченная минихромосома, которую затем можно вставить в клетку-хозяин.

А минихромосома это маленький хроматин -подобная структура, напоминающая хромосома и состоящий из центромеры, теломеры и источники репликации[1] но немного дополнительного генетического материала.[2] Они автономно реплицируются в клетке во время клеточное деление.[3] Минихромосомы могут быть созданы естественными процессами в виде хромосомных аберраций или генная инженерия.[1]

Структура

Минихромосомы могут быть как линейными, так и круглыми. ДНК.[3] За счет сведения к минимуму количества ненужной генетической информации на хромосоме и включения основных компонентов, необходимых для Репликация ДНК (центромеры, теломеры и репликационные последовательности), молекулярные биологи стремятся сконструировать хромосомную платформу, которую можно использовать для вставки или представления новых гены в клетка-хозяин.[3]

Производство

Производство минихромосом методами генной инженерии включает два основных метода: de novo (снизу вверх) и сверху вниз.[1]

De novo

Минимальные составные части хромосомы (центромеры, теломеры и последовательности репликации ДНК) собраны[4] используя молекулярное клонирование методы построения желаемого хромосомного содержимого in vitro. Далее необходимо желаемое содержимое минихромосомы. преобразованный в хозяина, который способен собирать компоненты (обычно дрожжевые клетки или клетки млекопитающих[5]) в функциональную хромосому. Этот подход был предпринят для введения минихромосом в кукуруза для возможности генной инженерии, но успех был ограниченным и сомнительным.[6] В целом de novo подход сложнее, чем метод сверху вниз из-за проблем несовместимости видов и гетерохроматический природа центромерных областей.[5]

Сверху вниз

В этом методе используется механизм теломер -опосредованное усечение хромосом (TMCT). Этот процесс - порождение усечение путем избирательной трансформации теломерных последовательностей в геном хозяина. Эта вставка вызывает генерацию большего количества теломерных последовательностей и, в конечном итоге, усечение.[3] Вновь синтезированная усеченная хромосома затем может быть изменена путем вставки новых генов для желаемых признаков. Подход «сверху-вниз» обычно рассматривается как наиболее вероятный способ создания дополнительных хромосом для использования в генной инженерии растений. В частности, это полезно, потому что была продемонстрирована их стабильность во время деления клеток.[7] Ограничение этого подхода в том, что он трудоемок.

Роль в генной инженерии

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 встраивание новых генов в существующие последовательности, могут привести к нарушению работы эндогенных генов.[1] и таким образом отрицательно влияют на клетку-хозяин. Кроме того, с помощью традиционных методов вставки генов у ученых было меньше возможностей контролировать, где новые вставленные гены расположены в хромосомах клетки-хозяина.[9] что затрудняет прогнозирование наследования нескольких генов от поколения к поколению. Минихромосомная технология позволяет размещать гены бок о бок на одной хромосоме, тем самым снижая вероятность разделения новых признаков.

Растения

В 2006 году ученые продемонстрировали успешное использование усечения теломер у растений кукурузы для получения минихромосом, которые можно было бы использовать в качестве платформы для встраивания генов в геном растения.[10] У растений последовательность теломер консервативна, что 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 с использованием de novo метод.[6]

Активно изучается использование минихромосом в качестве средства для создания более желаемых свойств сельскохозяйственных культур. Основные преимущества включают возможность вводить генетическую информацию, которая хорошо совместима с геномом хозяина. Это исключает риск нарушения различных важных процессов, таких как деление клеток и экспрессия генов. При постоянном развитии будущее использование минихромосом может оказать огромное влияние на урожайность основных сельскохозяйственных культур.[11]

Другие организмы

Минихромосомы также были успешно вставлены в клетки дрожжей и животных. Эти минихромосомы были сконструированы с использованием de novo подход.[3]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Сюй, Чуньхой; Ю, Weichang (2009). «Инженерные минихромосомы в растениях». AccessScience. McGraw-Hill Education. Дои:10.1036 / 1097-8542.YB090068.
  2. ^ «Присоедините гены к минихромосомам». Архивировано из оригинал 10 июня 2010 г.. Получено 12 апреля 2012.[самостоятельно опубликованный источник? ]
  3. ^ а б c d е Гоял, Аакаш; Бховмик, Панкадж Кумар; Басу, Сайкат Кумар (2009). «Минихромосомы: инструмент генной инженерии второго поколения» (PDF). Журнал Plant Omics. 2 (1): 1–8.
  4. ^ Ю, Вэйчан; Бирчлер, Джеймс (август 2007 г.). «Минихромосомы: технология нового поколения для инженерии растений». Получено 11 апреля 2012.
  5. ^ 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. PMID  26369910.
  6. ^ а б Карлсон, Шон Р.; Раджерс, Гэри У .; Цилер, Хельге; Мах, Дженнифер М .; Луо, Сонг; Грюнден, Эрик; Крол, Шерил; Копенгейвер, Грегори П .; Прейс, Дафна (2007). «Мейотическая передача собранной in vitro автономной минихромосомы кукурузы». PLOS Genetics. 3 (10): 1965–74. Дои:10.1371 / journal.pgen.0030179. ЧВК  2041994. PMID  17953486.
  7. ^ Yu, W .; Han, F .; Gao, Z .; Vega, J.M .; Бирчлер, Дж. А. (2007). «Конструирование и поведение сконструированных минихромосом в кукурузе». Труды Национальной академии наук. 104 (21): 8924–9. Bibcode:2007PNAS..104.8924Y. Дои:10.1073 / pnas.0700932104. ЧВК  1885604. PMID  17502617.
  8. ^ Хубен, Андреас; Доу, Р. Келли; Цзян, Джиминг; Шуберт, Инго (2008). "Минихромосомы искусственных растений: успех снизу вверх?". Растительная клетка онлайн. 20 (1): 8–10. Дои:10.1105 / tpc.107.056622. JSTOR  25224208. ЧВК  2254918. PMID  18223035.
  9. ^ «Исследователи изучат минихромосомы кукурузы с грантом в размере 1,9 миллиона долларов». Архивировано из оригинал 5 июня 2010 г.. Получено 15 апреля 2012.
  10. ^ Yu, W .; Lamb, J.C .; Han, F .; Бирчлер, Дж. А. (2006). «Теломер-опосредованное усечение хромосом у кукурузы». Труды Национальной академии наук. 103 (46): 17331–6. Bibcode:2006ПНАС..10317331Г. Дои:10.1073 / pnas.0605750103. ЧВК  1859930. PMID  17085598.
  11. ^ Халпин, Клэр (2005). «Укладка генов в трансгенных растениях - вызов биотехнологии растений 21 века». Журнал биотехнологии растений. 3 (2): 141–55. Дои:10.1111 / j.1467-7652.2004.00113.x. PMID  17173615.