Minichromozom - Minichromosome

Inzercí více genů a telomer vznikne zkrácený minichromozom, který lze poté vložit do hostitelské buňky

A minichromozom je malý chromatin -jako struktura připomínající a chromozóm a skládající se z centromery, telomery a počátky replikace[1] ale málo dalšího genetického materiálu.[2] Během buňky se v buňce replikují autonomně buněčné dělení.[3] Minichromozomy mohou být vytvořeny přirozenými procesy jako chromozomální aberace nebo genetické inženýrství.[1]

Struktura

Minichromozomy mohou být buď lineární nebo kruhové kousky DNA.[3] Minimalizací množství zbytečné genetické informace o chromozomu a zahrnutím základních komponent nezbytných pro replikace DNA (centromery, telomery a replikační sekvence), cílem molekulárních biologů je zkonstruovat chromozomální platformu, kterou lze využít k vložení nebo prezentaci nových geny do hostitelská buňka.[3]

Výroba

Výroba minichromozomů technikami genetického inženýrství zahrnuje dvě primární metody, de novo (zdola nahoru) a přístup shora dolů.[1]

De novo

Minimální základní části chromozomu (centromery, telomery a replikační sekvence DNA) jsou sestaveny[4] používáním molekulární klonování techniky konstrukce požadovaného chromozomálního obsahu in vitro. Dále musí být požadovaný obsah minichromozomu transformovaný do hostitele, který je schopen sestavit komponenty (typicky kvasinkové nebo savčí buňky)[5]) do funkčního chromozomu. Tento přístup byl zkoušen pro zavedení minichromozomů do kukuřice pro možnost genetického inženýrství, ale úspěch byl omezený a sporný.[6] Obecně platí, že de novo přístup je obtížnější než metoda shora dolů kvůli problémům s nekompatibilitou druhů a heterochromatický povaha centromerických oblastí.[5]

Vzhůru nohama

Tato metoda využívá mechanismus telomer zprostředkovaná chromozomální zkrácení (TMCT). Tento proces je generací zkrácení selektivní transformací telomerních sekvencí do hostitelského genomu. Tato inzerce způsobí generování více telomerních sekvencí a případné zkrácení.[3] Nově syntetizovaný zkrácený chromozom může být poté pozměněn inzercí nových genů pro požadované vlastnosti. Přístup shora dolů je obecně považován za věrohodnější způsob generování mimočíselných chromozomů pro použití genetického inženýrství rostlin. Zejména je to užitečné, protože byla prokázána jejich stabilita během buněčného dělení.[7] Omezení tohoto přístupu spočívá v tom, že je pracný.

Role v genetickém inženýrství

Na rozdíl od tradičních metod genetického inženýrství lze minichromozomy použít k přenosu a expresi více sad genů na jeden balíček chromozomů.[8] Tradiční metody, které zahrnují inzerci nových genů do existujících sekvencí, mohou vést k narušení endogenních genů[1] a tak negativně ovlivnit hostitelskou buňku. Navíc s tradičními metodami inzerce genů měli vědci menší schopnost kontrolovat, kde se nově vložené geny nacházejí na chromozomech hostitelských buněk,[9] což ztěžuje předvídání dědičnosti více genů z generace na generaci. Technologie minichromozomů umožňuje skládání genů vedle sebe na stejný chromozom, čímž se snižuje pravděpodobnost segregace nových znaků.

Rostliny

V roce 2006 vědci prokázali úspěšné použití zkrácení telomer v rostlinách kukuřice k produkci minichromozomů, které lze využít jako platformu pro vkládání genů do rostlinného genomu.[10] V rostlinách je sekvence telomer zachována, což znamená, že tuto strategii lze využít k úspěšné konstrukci dalších minichromozomů u jiných druhů rostlin.[1]

V roce 2007 vědci ohlásili úspěch při sestavování minichromozomů in vitro za použití de novo metoda.[6]

Aktivně se zkoumá použití minichromozomů jako prostředku ke generování žádoucích vlastností plodiny. Mezi hlavní výhody patří schopnost vnést genetickou informaci, která je vysoce kompatibilní s hostitelským genomem. Tím se eliminuje riziko narušení různých důležitých procesů, jako je buněčné dělení a genová exprese. S pokračujícím vývojem může budoucnost používání minichromozomů mít obrovský dopad na produktivitu hlavních plodin.[11]

Jiné organismy

Minichromozomy byly také úspěšně vloženy do buněk kvasinek a zvířat. Tyto minichromozomy byly konstruovány pomocí de novo přístup.[3]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E Xu, Chunhui; Yu, Weichang (2009). "Upravené minichromozomy v rostlinách". AccessScience. McGraw-Hill Education. doi:10.1036 / 1097-8542.YB090068.
  2. ^ „Připojit geny k minichromozomům“. Archivovány od originál 10. června 2010. Citováno 12. dubna 2012.[self-publikoval zdroj? ]
  3. ^ A b C d E Goyal, Aakash; Bhowmik, Pankaj Kumar; Basu, Saikat Kumar (2009). „Minichromozomy: nástroj druhé generace pro genetické inženýrství“ (PDF). Plant Omics Journal. 2 (1): 1–8.
  4. ^ Yu, Weichang; Birchler, James (srpen 2007). „Minichromozomy: technologie nové generace pro rostlinné inženýrství“. Citováno 11. dubna 2012.
  5. ^ A b Yu, Weichang; Yau, Yuan-Yeu; Birchler, James A. (2016). "Rostlina technologie umělých chromozomů a její potenciální aplikace v genetickém inženýrství". Plant Biotechnology Journal. 14 (5): 1175–82. doi:10,1111 / pbi.12466. PMID  26369910.
  6. ^ A b Carlson, Shawn R .; Rudgers, Gary W .; Zieler, Helge; Mach, Jennifer M .; Luo, Song; Grunden, Eric; Krol, Cheryl; Copenhaver, Gregory P .; Preuss, Daphne (2007). „Meiotický přenos in vitro sestaveného autonomního minichromozomu kukuřice“. Genetika PLOS. 3 (10): 1965–74. doi:10.1371 / journal.pgen.0030179. PMC  2041994. PMID  17953486.
  7. ^ Yu, W .; Han, F .; Gao, Z .; Vega, J. M .; Birchler, J. A. (2007). "Konstrukce a chování upravených minichromozomů v kukuřici". Sborník Národní akademie věd. 104 (21): 8924–9. Bibcode:2007PNAS..104,8924Y. doi:10.1073 / pnas.0700932104. PMC  1885604. PMID  17502617.
  8. ^ Houben, Andreas; Dawe, R. Kelly; Jiang, Jiming; Schubert, Ingo (2008). „Inženýrské rostlinné minichromozomy: úspěch zdola nahoru?“. Rostlinná buňka online. 20 (1): 8–10. doi:10.1105 / tpc.107.056622. JSTOR  25224208. PMC  2254918. PMID  18223035.
  9. ^ „Vědci budou studovat minichromozomy v kukuřici s grantem 1,9 milionu dolarů“. Archivovány od originál 5. června 2010. Citováno 15. dubna 2012.
  10. ^ Yu, W .; Lamb, J. C .; Han, F .; Birchler, J. A. (2006). "Chromozomální zkrácení zprostředkované telomerou u kukuřice". Sborník Národní akademie věd. 103 (46): 17331–6. Bibcode:2006PNAS..10317331Y. doi:10.1073 / pnas.0605750103. PMC  1859930. PMID  17085598.
  11. ^ Halpin, Claire (2005). „Skladování genů v transgenních rostlinách - výzva pro rostlinnou biotechnologii 21. století“. Plant Biotechnology Journal. 3 (2): 141–55. doi:10.1111 / j.1467-7652.2004.00113.x. PMID  17173615.