Physcomitrella de tipo salvaje y musgos knockout: fenotipos desviados inducidos en transformantes de bibliotecas de alteración genética. Se cultivaron plantas de Physcomitrella de tipo salvaje y transformadas en medio Knop mínimo para inducir la diferenciación y el desarrollo de gametóforos . Para cada planta, se muestran una descripción general (fila superior; la barra de escala corresponde a 1 mm) y un primer plano (fila inferior; la barra de escala equivale a 0,5 mm). A: Planta de musgo haploide de tipo salvaje completamente cubierta con gametóforos frondosos y primer plano de una hoja de tipo salvaje. B – E: Diferentes mutantes. [1]
Un musgo knockout es una especie de musgo modificado genéticamente . Uno o más de los genes específicos del musgo se eliminan o desactivan (" eliminados "), por ejemplo mediante selección genética u otros métodos. Después de la eliminación de un gen, el musgo knockout ha perdido el rasgo codificado por este gen. Por tanto, se puede inferir la función de este gen. Este enfoque científico se llama genética inversa porque el científico quiere comprender la función de un gen específico. En genética clásica , el científico comienza con un fenotipo de interés y busca el gen que causa ese fenotipo. Los musgos knockout son relevantes para la investigación básica en biología y biotecnología .
Antecedentes científicos
La eliminación o alteración dirigida de genes se basa en la integración de una cadena de ADN en una posición específica y predecible en el genoma de la célula huésped. Esta cadena de ADN debe diseñarse de tal manera que ambos extremos sean idénticos a este locus genético específico . Este es un requisito previo para una integración eficiente mediante recombinación homóloga (HR). Esto es similar al proceso utilizado para crear ratones knockout . Hasta ahora, este método de selección de genes en plantas terrestres se ha llevado a cabo en los musgos Physcomitrella patens y Ceratodon purpureus , [2] ya que en estas especies de plantas sin semillas la eficiencia de HR es varios órdenes de magnitud mayor que en las plantas con semillas . [3]
Para modificar los genes del musgo de forma selectiva, es necesario incubar el constructo de ADN junto con protoplastos de musgo y con polietilenglicol (PEG). Debido a que los musgos son organismos haploides , los filamentos de musgo en regeneración ( protonemas ) se pueden analizar directamente para detectar genes específicos en un plazo de seis semanas cuando se utilizan métodos de PCR . [4]
Ejemplos
División de cloroplastos
La primera publicación científica en la que se utilizó musgo knockout para identificar la función de un gen hasta ahora desconocido apareció en 1998 y fue escrita por Ralf Reski y sus compañeros de trabajo. Eliminaron el gen ftsZ y así identificaron funcionalmente el primer gen fundamental para la división de un orgánulo en cualquier eucariota . [5]
En cooperación con la empresa química BASF , Ralf Reski y sus compañeros de trabajo establecieron una colección de musgos knockout para utilizarlos en la identificación de genes. [1] [7]
Referencias
^ ab Egener, Tanja; Granado, José; Guitton, Marie-Christine; Hohe, Annette; Holtorf, Hauke; Lucht, Jan M; Rensing, Stefan A; Schlink, Katja; Schulte, Julia; Schween, Gabriele; Zimmermann, Susana; Duwenig, Elke; Rak, Bodo; Reski, Ralf (2002). "Alta frecuencia de desviaciones fenotípicas en plantas de Physcomitrella patens transformadas con una biblioteca de alteración genética". Biología vegetal BMC . 2 : 6. doi : 10.1186/1471-2229-2-6 . PMC 117800 . PMID 12123528.
^ Mittmann, F; Dienstbach, S; Weisert, A; Forreiter, C (junio de 2009). "El análisis de la familia de genes de fitocromos en Ceratodon purpureus mediante orientación genética revela el fitocromo principal responsable del fotocromo y el polarotropismo". Planta . 230 (1): 27–37. doi :10.1007/s00425-009-0922-6. PMID 19330350. S2CID 8345708.
^ Reski, Ralf (1998). " Physcomitrella y Arabidopsis : el David y Goliat de la genética inversa". Tendencias en ciencia vegetal . 3 (6): 209–10. doi :10.1016/S1360-1385(98)01257-6.
^ Reinhard, Cristina; Schween, Gabriele; Reski, Ralf; Hohe, Annette; Egener, Tanja; Lucht, Jan M.; Holtorf, Hauke (2004). "Un procedimiento de transformación mejorado y altamente estandarizado permite la producción eficiente de genes knockout únicos y múltiples en un musgo, Physcomitrella patens ". Genética actual . 44 (6): 339–47. doi :10.1007/s00294-003-0458-4. PMID 14586556. S2CID 45780217.
^ Strepp, René; Scholz, Sirkka; Kruse, Sven; Speth, Volker; Reski, Ralf (1998). "La eliminación del gen nuclear de la planta revela un papel en la división de plástidos para el homólogo de la proteína de división celular bacteriana FtsZ, una tubulina ancestral". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 95 (8): 4368–4373. Código bibliográfico : 1998PNAS...95.4368S. doi : 10.1073/pnas.95.8.4368 . JSTOR 44902. PMC 22495 . PMID 9539743.
^ Koprivova, Anna; Stemmer, cristiano; Altmann, Friedrich; Hoffmann, Axel; Kopriva, Stanislav; Gorr, Gilbert; Reski, Ralf; Decker, Eva L. (2004). "Nocauts específicos de Physcomitrella que carecen de N-glicanos inmunogénicos específicos de plantas". Revista de Biotecnología Vegetal . 2 (6): 517–23. doi :10.1111/j.1467-7652.2004.00100.x. PMID 17147624. S2CID 4645132.
^ BASF y la Universidad de Friburgo colaborarán en biotecnología vegetal
