Musgos de Physcomitrella de tipo salvaje y knockout: fenotipos desviados inducidos en transformantes de la biblioteca de alteración genética. Las plantas de Physcomitrella de tipo salvaje y transformadas se cultivaron en medio Knop mínimo para inducir la diferenciación y el desarrollo de gametóforos . Para cada planta, se muestra una vista 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 de tipo salvaje haploide completamente cubierta de gametóforos frondosos y primer plano de la hoja de tipo salvaje. B–E: Diferentes mutantes. [1]
Un musgo knockout es un tipo de musgo modificado genéticamente. Uno o más de los genes específicos del musgo se eliminan o inactivan (" knock out "), por ejemplo, mediante la selección de genes u otros métodos. Después de la eliminación de un gen, el musgo knockout ha perdido el rasgo codificado por este gen. Por lo 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 la genética clásica , el científico comienza con un fenotipo de interés y busca el gen que causa este fenotipo. Los musgos knockout son relevantes para la investigación básica en biología , así como en biotecnología .
Antecedentes científicos
La eliminación o alteración selectiva 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 que se integre de manera 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 la HR es varios órdenes de magnitud mayor que en las plantas con semillas . [3]
Para alterar los genes del musgo de forma específica, el constructo de ADN debe incubarse junto con protoplastos de musgo y con polietilenglicol (PEG). Debido a que los musgos son organismos haploides , los filamentos de musgo en regeneración ( protonemas ) pueden analizarse directamente para determinar la orientación genética 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 el musgo knockout para identificar la función de un gen hasta entonces desconocido apareció en 1998, y fue escrita por Ralf Reski y colaboradores. Eliminaron el gen ftsZ y, de este modo, 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 colaboradores crearon 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 fitocromos en Ceratodon purpureus mediante selección de genes revela el fitocromo primario responsable del fototropismo 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 la ciencia de las plantas . 3 (6): 209–10. doi :10.1016/S1360-1385(98)01257-6.
^ Reinhard, Christina; 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 knock-outs individuales 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 las plantas 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. Bibcode :1998PNAS...95.4368S. doi : 10.1073/pnas.95.8.4368 . JSTOR 44902. PMC 22495 . PMID 9539743.
^ Koprivova, Anna; Stemmer, Christian; Altmann, Friedrich; Hoffmann, Axel; Kopriva, Stanislav; Gorr, Gilbert; Reski, Ralf; Decker, Eva L. (2004). "Knockouts selectivos 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
