设计合成基因回路以重新编程植物根系生长

一项新的研究表明，对植物根部组织中的基因表达空间模式的合成控制可被用于对其根系生长的各个方面进行“重新编程”。作者写道：“随着气候挑战的加剧和因应新型农业解决方案所需，对植物新属性进行编程的方法最终将变得日益有用。”工程设计能够调节基因表达模式并驱动特定性状发展的基因回路的能力一直是合成生物学的长期目标。例如，这种方法可在植物中以可预测方式改变根系生长，并在干旱期间影响根系获得必要土壤养分和水分的能力。实现这一目标的一种方法是使用合成基因回路：即设计通过转录和转录后调控连接的基因网络。虽然合成基因回路已在各种原核和真核细胞系中实施，但由于产生转基因谱系所需时间很长以及在不同细胞类型中调节回路活性困难，因此在植物中实施该技术一直很难。Jennifer Brophy和同事创建了一组合成转录调节因子，并用这些元件来控制植物拟南芥根部各组织中的基因表达。Brophy等人显示，该方法可用于重新编程植物的根系发育，并能可预测地改变侧根密度，但植物正常生长的其它方面不会受到影响。Simon Alamos和Patrick Shih在一篇相关的《视角》中写道：“Brophy等人所获得的经验教训不仅只是未来在植物中而且也是在其它复杂生物系统中成功实施和转化组合基因回路的关键。这项工作被视为一个完整、充分发育的多细胞生物基因工程的里程碑，它也指出了未来会遭遇的挑战。”