使用聚合物涂层的碳纳米管将基因传递到植物线粒体中

RIKEN生物学家发现了一种将遗传物质偷运到植物细胞的能量发生器中的有效方法，从而开辟了诱使植物生产商业有用化合物的可能性。他们的研究发表在NatureCommunications上。

预计到2050年，全球人口将达到近100亿，修补植物遗传学以促进粮食生产的能力对于养活世界至关重要。

预计植物也将成为生产药物和燃料等有用化学品的生物工厂。RIKEN可持续资源科学中心(CSRS)的SimonLaw说：“它们可以被设计用于生产除食品之外的其他东西，例如各种化学品、药物和重组蛋白。”“你可以用植物来制造很多不同的东西，这一事实使生物技术成为一个很有前途的领域。”

“重新编程”植物的一种方法是将遗传物质导入它们的细胞中，但这具有挑战性，因为厚厚的细胞壁会阻挡许多生物分子。

碳纳米管——直径只有一纳米左右的石墨烯卷管——足够纤细，可以滑过细胞壁。但是一旦进入植物细胞，碳纳米管就不能非常有效地靶向线粒体——线粒体是负责产生能量以及制造和分解各种化合物的关键细胞器。

“让物质穿过细胞壁、细胞膜，然后穿过线粒体膜是很困难的，而且以前还没有高效地实现这一目标，”Law指出。

现在，同样来自CSRS的Law、KeijiNumata及其同事已经使用碳纳米管将DNA片段高效地运送到植物线粒体中。他们通过首先在碳纳米管上涂上一层聚合物层来实现这一点，该聚合物层允许结合称为肽的短链氨基酸。这些肽使碳纳米管能够靶向线粒体。

通过将肽结合到碳纳米管上，与之前仅使用肽的尝试相比，该团队将DNA转移到线粒体的效率提高了30倍。

“我第一次进行实验时，我对结果表示怀疑，因为它们似乎太高了，不合理，”罗回忆道。“但在重复几次并获得类似结果后，我变得更加自信。”

研究人员通过使用该方法导入可提高植物生长速度的基因，证明了他们方法的实用性。其他潜在用途包括加快育种计划和改变代谢途径，以便它们生产出商业上有用的化学品。此外，通过改变涂在纳米管上的肽，应该可以靶向植物细胞中的其他细胞器。