今天为大家推送是一篇发表在PNAS上的文献，标题为“DNAnanostructurescoordinategenesilencinginmatureplants”。
研究背景：
目前生物分子向植物的递送依赖于农杆菌感染或生物粒子递送，但前者仅适用于DNA递送，将功能性生物分子如RNA递送至植物细胞的困难是由于植物厚且多层纤维素的细胞壁，在没有外部机械辅助的情况下，纳米粒子介导的递送对于跨越植物细胞壁的生物分子递送仍未被探索，探究将生物分子如DNA、RNA或蛋白质输送到植物细胞对生物学和农业的发展有一定的意义。该课题组展示了DNA纳米结构可以内化为植物细胞，并在没有外部帮助的情况下将siRNA传递给成熟的植物组织。证明了纳米结构的尺寸、形状、致密性和硬度影响纳米结构在植物细胞中的内化和随后的基因沉默效率，siRNA附着位点也将影响内源植物基因沉默途径，展示了生物分子向植物的可编程输送，并详细介绍了未来在农业中实现DNA纳米结构的优点。
结果与讨论
1.脱氧核糖核酸纳米结构的设计、合成和表征
该课题组合成了三种具有程序化尺寸和形状的DNA纳米结构:3D四面体、1DHT单体和高纵横比1D纳米串，HT单体和四面体都是通过四个ssDNA寡核苷酸组装的，每个纳米结构都被编程为通过互补碱基对杂交将生物货物—DNA、RNA或蛋白质—附着到一个或多个预定的位点。四面体在其顶点包含一个附着位点，纳米串在其每个组成单体的中心包含10个附着位点，HT单体在其中心包含一个附着位点(HT-C),对于单独的构建体，在其侧面包含一个附着位点(HT-s)。将链霉亲和素蛋白连接到siRNA连接位点，AFM成像显示链霉亲和素蛋白分别附着在HT-c或HT-s单体的中心或侧面，每个纳米串在每个组成HT单体的中心有10个链霉亲和素蛋白。图1.DNA纳米结构合成和植物渗透工作流程
2.脱氧核糖核酸纳米结构在植物细胞中的内化
在没有外部帮助的情况下，测试DNA纳米结构是否能内化到Nb叶片的细胞中。通过将Cy3标记的DNA链连接到纳米结构连接位点，对DNA纳米结构进行荧光标记，并渗透到叶片背面，以评估mGFP5Nb转基因植物中的细胞摄取，由共定位分析显示HT单体和四面体内化到植物细胞中的程度明显高于纳米串；接下来分别在20℃与4℃下将Cy3标记的HT单体渗透到mGFP5Nb植物叶片中来测试细胞摄取机制主要是能量依赖还是非能量依赖的过程，其中在4℃下，能量依赖的细胞摄取减少，得出HT单体纳米结构通过能量依赖机制被植物细胞膜吸收；为了更好地理解使植物细胞内化的纳米结构参数，课题组汇编并比较了DNA纳米结构的尺寸、致密性、纵横比和相对硬度，发现尺寸越小、致密性越高、纵横比越高、相对硬度越大（八螺旋束DNA折纸硬度高于纳米串）的纳米结构更容易内化到植物细胞中。图2.DNA纳米结构内化并与mGFP5Nb细胞质共定位
图3.不同机械刚度的纳米结构在mGFP5铌电池中的内化
3.DNA纳米结构的基因沉默效率
为了确定DNA纳米结构是否能传递siRNA来实现植物中的基因沉默，课题组靶向了转基因mGFP5Nb中的绿色荧光蛋白基因的沉默，该基因表现出来自核基因组的组成型绿色荧光蛋白表达。可以注意到，纳米结构内化的程度(图2)与每个纳米结构实现的沉默效率(图4)成正比，这表明纳米结构内化到植物细胞中决定了其诱导基于SiRNA的基因沉默的能力，沉默效率和沉默途径都受到纳米结构载体上的siRNA负载几何形状和siRNA对必需的内源性基因沉默蛋白的可用性的影响。图4.siRNA束缚在DNA纳米结构上的瞬时基因沉默
图5.siRNA连接纳米结构的基因沉默途径
结论
总之，DNA纳米结构可以作为有效的支架和纳米尺度的载体，将siRNA递送给植物，实现有效的基因沉默。这项工作将DNA纳米结构建立为一个可编程的工具集，用于将外源生物分子输送到植物中，并建立了设计DNA纳米结构的指南，以有效吸收到植物细胞中，用于植物生物技术的各种应用。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇