纳米材料靶向叶绿体传递基因示意图，图片来自Nature Nanotechnology

撰文 | 冯水寒

责编 | 叶水送

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植物基因工程能够以较低成本增加植物生物量，过去十几年里，在作物改良育种、药物生物合成以及可持续农业等方面发挥着重要作用。但传统的基因工程技术针对核基因组，这引发了外来基因向杂草等其他植物扩散的担忧。那么，是否有新的技术能克服这一局限呢？

靶向叶绿体为其提供了新的可能。叶绿体不同于细胞核，大多数高等植物叶绿体的遗传物质是母系遗传，因此不会通过花粉扩散至其他物种。同时，植物细胞（尤其是叶肉细胞）含有几十到几百个叶绿体，叶绿体自身也有基因表达的一套系统。

尽管如此，已有的方法存在耗时长、效率不高、费用昂贵、造成损伤、操作起来困难等一种或多种不足，因此，如何将基因导入叶绿体表达仍颇具挑战。

► 植物基因工程的新方法，图片来自MIT News

近日，MIT News报道称，该校化学工程系教授Michael S. Strano及其合作者设计了壳聚糖复合单壁碳纳米管（chitosan-complexed single-walled carbon nanotubes），基于脂质交换膜穿透机制（lipid exchange envelope penetration mechanism），穿过细胞壁、细胞膜、叶绿体膜，选择性地将遗传物质（质粒DNA）运送到植物的叶绿体内，完全不依赖外部生物或化学助剂。

目前，该方法已在拟南芥、烟草等多种植物中成功试验。相关研究于2月25日在国际学术期刊Nature Nanotechnology上发表。

► 相关研究已发表，图片Nature Nanotechnology

Michael S. Strano表示：

“将遗传物质运到植物的不同部位是植物生物学家非常感兴趣的事情。我们的新发现是适用于植物物种的通用机制。”

新加坡国立大学的Sanjay Swarup（未参与该研究）高度评价称，

“该方法无疑是为植物叶绿体选择性基因传递和转基因表达开辟了新的研究途径。”

总的来说，碳纳米管介导的叶绿体转基因方法超过当前已有的同类技术，颇具优势，作为植物的潜在转化方法，能够促进植物基因工程和生物学研究。研究人员也希望这一新工具能令植物生物学家更轻松地设计出具有理想性状的蔬菜和作物。

参考资料

http://news.mit.edu/2019/genetic-engineer-plants-survive-drought-0225

https://www.nature.com/articles/s41565-019-0375-4