转基因转化

玉米的微型染色体能够一次为植物转入多个功能基因

在2007年10月19日出版的《公共科学图书馆•遗传学》上，一个学术与商业研究团队证明了他们的“玉米微型染色体”（MMC）能够用一种结构稳定且可用的方法将一整套新基因引入一种植物。该研究的作者说，初步研究结果“显示玉米微型染色体能够无限期地保存”。

芝加哥大学分子遗传学和细胞生物学教授、玉米微型染色体制造商Chromatin公司首席科学官兼总裁Daphne Preuss博士说：“这看上去像是农业科学家和农场主长期梦想的工具。”

她说：“这种技术可用于提高农作物的耐性、产量和营养成分，可以改进乙醇或其他生物燃料的生产。亦可用很低的成本使植物产生复杂的生化药剂，例如药品。”

Preuss目前从芝加哥大学请假，而着力于将这项技术带入市场。她说：这项技术还能够“使任何新的转基因项目节省一到两年的时间。你能更快地得到更好地产品，既能节省时间，降低成本，又能减少资源耗费。”

转基因植物（包括玉米）的生产以前一直依赖将DNA片段整合进宿主染色体的技术。这可能破坏重要的原位基因或导致加入的基因的表达有限或者不规律。

目前，如需加入一种基因，植物科学家会培育数百种转基因植物，将新基因以随机的方式插入植物染色体内。然后，他们对转基因植物进行筛检，发现可能适合商业用途的少数转基因植物。如果他们希望增加两种基因，他们就要培育两倍数量的新植物，筛选出单个基因成功转入的植物，再对这些植物进行杂交，获得拥有两种新基因的植物，这是一个缓慢、费力的过程。

与原来的方法不同，Preuss及其同事构建了包含在玉米着丝粒（遗传所需的染色体区）内发现的DNA序列的玉米微型染色体。这些微型染色体保持分离状态，而不是把新基因以随机的方式插入植物的自然染色体内。

因此，新基因可以按照设计好的顺序排列，使每一个基因都处于理想的调控机制的环境中。从而获得更加一致、更受控制的基因表达。在细胞分裂以及向下一代遗传的过程中，整个基因盒会作为一个群体传递下去。

在《公共科学图书馆》发表的论文中，这组科学家通过研究四代植物发现了玉米微型染色体的行为特征。他们用红色基因作为标记，显示加入的基因“几乎在每一个叶细胞中表达，这表明了它通过有丝分裂之后具有稳定性”。有丝分裂是细胞复制染色体、生成两个相同的子细胞的过程。

他们还证明了，玉米微型染色体还能通过制造配子的减数分裂有效地遗传至下一代，其比率“接近了孟德尔遗传法则”的标准。

作者得出结论，玉米微型染色体一旦引入，其表现与普通染色体很相似。它仍然与其他染色体保持了区别。其基因盒在各代之间具有稳定的结构。它所携带的基因能表达出来，还可以通过有丝分裂和减数分裂遗传。

这一进展并未被人们忽视。六年前，Preuss以及两位芝加哥大学博士后研究生Gregory Copenhaver和Kevin Keith创立了改进和应用这项技术的Chromatin公司。2006年10月10日，美国专利与商标局向Chromatin颁发了专利号为7,119,250的专利，该项专利将使用这类微型染色体的专利权扩大至所有的植物。专利说明：这包括“农作物、商业农作物、蔬菜、水果和藤蔓植物和大田农作物。”

2007年5月22日，生物技术巨头孟山都公司购买了非独家使用权，在玉米、棉花、大豆和油菜中使用Chromatin的微型染色体堆积技术。Chromatin正在讨论向其他公司授权使用该技术，这可能囊括美国大部分玉米市场。

当前的时机非常理想。为了限制石油进口和减少温室气体，美国希望到2012年将乙醇在燃料中的用量增加1倍，到2022年在此基础上再翻一番。由于不断增长的需求，今年夏季玉米价格比去年提高了约50%。

Preuss及其同事希望将这项技术应用于其他植物，包括甘蔗和柳枝稷，这些植物也能够作为生物燃料的原料。他们还在研究其他应用，扩大微型染色体的基因携带能力。他们已经成功地研制出约相当于玉米微型染色体1（MMC1）体积6倍的微型染色体，提示这个平台能够携带“大量的基因”。

美国国立卫生院与美国国家标准与技术研究所的高级项目本项计划提供了部分支持。其他作者包括北卡罗莱纳大学的Greg Copenhaver和Chromatin公司的Shawn Carlson、Gary Rudgers、Helge Ziegler、Jennifer Mach、Song Luo、Eric Grunden和Cheryl Krol。