RU2663347C1 - Method of delivering biologically active macromolecules into the cells of plants - Google Patents

Method of delivering biologically active macromolecules into the cells of plants Download PDF

Info

Publication number
RU2663347C1
RU2663347C1 RU2017124849A RU2017124849A RU2663347C1 RU 2663347 C1 RU2663347 C1 RU 2663347C1 RU 2017124849 A RU2017124849 A RU 2017124849A RU 2017124849 A RU2017124849 A RU 2017124849A RU 2663347 C1 RU2663347 C1 RU 2663347C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanoparticle
plant
delivery
cell
rna
Prior art date
Application number
RU2017124849A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Долгов
Наталья Олеговна Калинина
Валентин Владимирович Макаров
Светлана Сергеевна Макарова
Антонида Викторовна Махотенко
Дмитрий Николаевич Мирошниченко
Екатерина Андреевна Снигирь
Татьяна Павловна Супрунова
Михаил Эммануилович Тальянский
Вадим Рафаилович Тимирбаев
Андрей Владимирович Хромов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Дока-Генные Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Дока-Генные Технологии" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Дока-Генные Технологии"
Priority to RU2017124849A priority Critical patent/RU2663347C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2663347C1 publication Critical patent/RU2663347C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8201Methods for introducing genetic material into plant cells, e.g. DNA, RNA, stable or transient incorporation, tissue culture methods adapted for transformation
    • C12N15/8206Methods for introducing genetic material into plant cells, e.g. DNA, RNA, stable or transient incorporation, tissue culture methods adapted for transformation by physical or chemical, i.e. non-biological, means, e.g. electroporation, PEG mediated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/87Introduction of foreign genetic material using processes not otherwise provided for, e.g. co-transformation
    • C12N15/90Stable introduction of foreign DNA into chromosome
    • C12N15/902Stable introduction of foreign DNA into chromosome using homologous recombination

Abstract

FIELD: biochemistry.SUBSTANCE: invention relates to the field of biochemistry, in particular to a method for delivering macromolecules selected from nucleic acids, proteins or nucleoprotein complexes to a plant cell. Method comprises providing a plant cell having a cell wall, coating a surface of a 600–800 nm chitosan nanoparticle with a nucleic acid, a protein or a nucleoprotein complex, bringing the plant cell having the cell wall and said coated nanoparticle into contact with each other and allowing the said nanoparticle to be absorbed into the plant cell containing the cell wall.EFFECT: invention allows efficient delivery of macromolecules selected from nucleic acids, proteins or nucleoprotein complexes to a plant cell having a cell wall, with the possibility of subsequent reprogramming of plant cells and/or editing their genome.17 cl, 9 dwg, 8 ex

Description

Область применения изобретенияThe scope of the invention

Изобретение относится к области биотехнологии, физико-химической биологии, молекулярной биологии и направлено на разработку эффективного способа доставки биологически активных макромолекул (белков, нуклеиновых кислот различного размера и нуклеопротеидных комплексов белков с нуклеиновыми кислотами) в клетки растений. В соответствии с настоящим изобретением получены инфильтрируемые в клетки растений наноплатформы на основе частиц хитозана, функционализированные биологически активными макромолекулами, которые могут быть использованы в различных био- нанотехнологиях, например с целью их последующего применения для редактирования генома растений методом, исключающим неконтролируемое внесение чужеродного генетического материала, защиты сельскохозяйственных растений от различных патогенов, включая бактерии, оомицеты, грибы и вирусы, а также для генетической трансформации растений.The invention relates to the field of biotechnology, physico-chemical biology, molecular biology, and is aimed at developing an effective method for the delivery of biologically active macromolecules (proteins, nucleic acids of various sizes and nucleoprotein complexes of proteins with nucleic acids) in plant cells. In accordance with the present invention, nanoplatforms based on chitosan particles infiltrated into plant cells have been obtained, functionalized with biologically active macromolecules, which can be used in various bio-nanotechnologies, for example, for their subsequent use in editing the plant genome by a method that excludes uncontrolled introduction of foreign genetic material, protect agricultural plants from various pathogens, including bacteria, oomycetes, fungi and viruses, as well as for eticheskoy plant transformation.

Описание изобретенияDescription of the invention

Терминология: Все термины и определения, приведенные в тексте, следует понимать в том смысле, в котором они обычно применяются в соответствующих областях науки и техники.Terminology: All terms and definitions given in the text should be understood in the sense in which they are usually applied in the relevant fields of science and technology.

Некоторые определения, оговоренные специально, не являются исключениями и приводятся только в целях облегчения понимания сущности изобретения.Certain definitions, specifically mentioned, are not exceptions and are provided only for the purpose of facilitating understanding of the essence of the invention.

Эффективность доставки биомолекул - процент попадания внутрь растительной клетки целевых биомолекул, определяемый с помощью введения флуоресцирующих/флуоресцентно меченных молекул.Biomolecule Delivery Efficiency — Percentage of target biomolecules entering the plant cell, determined by introducing fluorescent / fluorescently labeled molecules.

Эффективность геномного редактирования - процент локусов в геноме растительных клеток, в которые были внесены направленные мутации.The effectiveness of genomic editing is the percentage of loci in the genome of plant cells into which directed mutations have been introduced.

Биологически активные макромолекулы, биомолекулы или биополимеры - полимеры, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов.Biologically active macromolecules, biomolecules or biopolymers are polymers that occur naturally in nature and are part of living organisms.

Постоянно растущее население мира и сокращающийся фонд сельскохозяйственных пахотных земель стимулируют исследования, направленные на повышение эффективности сельского хозяйства. Стандартные средства повышения урожайности сельскохозяйственных и садовых культур включают в себя селекционные методики, основанные на выявлении растений, характеризующихся желаемыми признаками. Технологии молекулярной биологии, основанные на манипуляции генетическим материалом (нуклеиновых кислот в виде ДНК или РНК) и последующем введении этого генетического материала в растение, позволяют создавать культуры, характеризующиеся различными улучшенными экономическими, агротехническими и садово-техническими признаками.The ever-growing world population and the declining fund of agricultural arable land stimulate research aimed at improving the efficiency of agriculture. Standard means of increasing the yield of agricultural and horticultural crops include breeding techniques based on the identification of plants characterized by the desired traits. Molecular biology technologies based on the manipulation of genetic material (nucleic acids in the form of DNA or RNA) and the subsequent introduction of this genetic material into a plant allow the creation of cultures characterized by various improved economic, agrotechnical and horticultural characteristics.

Задача настоящего изобретения состояла в разработке технически простого универсального метода доставки биологически активных макромолекул в клетки растений, который применим для доставки разнообразных макромолекул, включая короткие РНК, ДНК, белки и комплексы белков с нуклеиновыми кислотами, с эффективностью, позволяющей регулировать различные клеточные процессы, в том числе активность клеточных генов и защитный ответ растений на инфекцию различными патогенами.The objective of the present invention was to develop a technically simple universal method for the delivery of biologically active macromolecules to plant cells, which is applicable for the delivery of a variety of macromolecules, including short RNA, DNA, proteins and protein complexes with nucleic acids, with the efficiency that allows you to regulate various cellular processes, including including the activity of cell genes and the protective response of plants to infection by various pathogens.

В качестве перспективного инструмента для доставки нуклеиновых кислот, белков и нуклеопротеинов в клетку в настоящее время рассматриваются полимерные системы, в том числе наночастицы и нанокапсулы [Марквичева Е.А. Хитозан и его производные в биоинкапсулировании. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение. М.: Изд-во Наука, 2002. с. 315-326.]. Документы WO/2010/118077, WO/2009/046384, WO/2012/006439, WO/2012/006443, WO 2008/083233, WO 2011US57813A раскрывают применение наночастиц для доставки ДНК и трансформации растений. Известен также опосредованный золотыми наночастицами метод доставки сиквенс-специфических нуклеаз в растительные клетки, раскрытый в документах RU 2612156 C2 и RU 2556376 C2 (ДАУ АГРОСАЙЕНСИЗ, (US)). В отличие от известного метода, в настоящем изобретении в качестве материала для создания наночастиц для применения в доставке макромолекул в растительные клетки предложен хитозан. Хитозан широко применяют в сельском хозяйстве при разработке средств защиты растений, однако к настоящему времени не разработано способов его применения для эффективной доставки макромолекул в растительные клетки. Хитозан, в составе которого преобладают остатки глюкозамина, - природный полимер, обладающий широким спектром биологических свойств, в том числе биосовместимостью и биодеградируемостью. В последнее время хитозан рассматривается как один из перспективных материалов при создании полимерных матриц для доставки в лекарственных препаратов и ДНК в клетки животных.As a promising tool for the delivery of nucleic acids, proteins and nucleoproteins into the cell, polymer systems, including nanoparticles and nanocapsules, are currently considered [Markvicheva EA Chitosan and its derivatives in bioencapsulation. Chitin and chitosan: production, properties and application. M .: Publishing House of Science, 2002.p. 315-326.]. Documents WO / 2010/118077, WO / 2009/046384, WO / 2012/006439, WO / 2012/006443, WO 2008/083233, WO 2011US57813A disclose the use of nanoparticles for DNA delivery and plant transformation. Also known is a mediated method of delivering sequence-specific nucleases to plant cells mediated by gold nanoparticles, disclosed in documents RU 2612156 C2 and RU 2556376 C2 (DAU AGROSAIENISIS, (US)). Unlike the known method, in the present invention, chitosan is proposed as a material for creating nanoparticles for use in the delivery of macromolecules to plant cells. Chitosan is widely used in agriculture in the development of plant protection products, however, to date, no methods have been developed for its use for the efficient delivery of macromolecules to plant cells. Chitosan, in which glucosamine residues predominate, is a natural polymer with a wide range of biological properties, including biocompatibility and biodegradability. Recently, chitosan is considered as one of the promising materials in the creation of polymer matrices for delivery in drugs and DNA to animal cells.

Созданные на его основе системы доставки в клетки животных с внедренными в них ДНК-векторами имеют ряд преимуществ: на их поверхности можно ковалентно присоединить лиганды, которые обеспечивают высокоспецифическое взаимодействие с клеточными рецепторами; можно ввести в клетку не одну, а несколько ДНК-плазмид в одной наночастице или нанокапсуле; можно защитить нуклеиновую кислоту от расщепления ферментами; ДНК-плазмиды приобретают компактный вид, что предотвращает их механический разрыв и облегчает проникновение через мембраны клеток; такие наночастицы можно лиофильно высушить и длительно хранить в такой форме без потери активности [Gene Ther. 2004; v. 11:19:1441-1452.]. Методы введения генетического материала, ДНК, РНК, протеинов и нуклеопротеидных комплексов в растительные клетки значительно отличаются от тех, что используются для клеток животных. Основным препятствием на пути макромолекул является клеточная стенка. Ее химический состав и особенности расположения составляющих ее компонентов способствуют связыванию нуклеиновых кислот и белков различной структуры, ограничивая тем самым доступ их к мембране клетки. При использовании не вирусных векторов, например, несущей целевой ген бактериальной плазмидной ДНК, эффективность прямой трансформации оказывается очень низкой. Проводимые в 1970-1980-е годы эксперименты по введению суспензий молекул ДНК в завязи цветков или молодые цветочные побеги с помощью шприца (макроинъекции), замачиванию сухих семян растений или пыльцы в подобных растворах, применению электрофореза для усиления проникновения ДНК в ткани проростков показали, что частота образования трансформантов крайне низка (менее 2%). Альтернативными являются методы введения ДНК в протопластированные (лишенные клеточной стенки) растительные клетки, где для удаления клеточной стенки растительных клеток применяют комплекс ферментов грибного или бактериального происхождения, состоящий из пектинлиаз и целлюлаз.The systems of delivery to animal cells with DNA vectors embedded in them have been developed on its basis and have several advantages: ligands that provide highly specific interaction with cellular receptors can be covalently attached to their surface; you can enter into the cell not one but several DNA plasmids in one nanoparticle or nanocapsule; nucleic acid can be protected from enzyme digestion; DNA plasmids acquire a compact form, which prevents their mechanical rupture and facilitates penetration through cell membranes; such nanoparticles can be freeze-dried and stored for a long time in this form without loss of activity [Gene Ther. 2004; v. 11: 19: 1441-1452.]. The methods for introducing genetic material, DNA, RNA, proteins, and nucleoprotein complexes into plant cells are significantly different from those used for animal cells. The main obstacle to macromolecules is the cell wall. Its chemical composition and features of the arrangement of its constituent components contribute to the binding of nucleic acids and proteins of various structures, thereby limiting their access to the cell membrane. When using non-viral vectors, for example, carrying the target gene of bacterial plasmid DNA, the efficiency of direct transformation is very low. The experiments conducted in the 1970s and 1980s on introducing suspensions of DNA molecules into the ovary of flowers or young flower shoots using a syringe (macroinjection), soaking dry plant seeds or pollen in such solutions, and the use of electrophoresis to enhance the penetration of DNA into seedling tissues showed that the frequency of formation of transformants is extremely low (less than 2%). Alternative are methods for introducing DNA into protoplastic (devoid of a cell wall) plant cells, where a complex of enzymes of fungal or bacterial origin, consisting of pectinliases and cellulases, is used to remove the cell wall of plant cells.

В настоящее время часто используют физический способ доставки ДНК в клетку - бомбардировку ее микрочастицами (биобаллистика или сокращенно биолистика). ДНК на частицах диаметром от 0,4 до 1,2 мкм закрепляют путем обработки растворами нуклеиновой кислоты и СаСl2, или спермидина, или полиэтиленгликоля. Покрытые ДНК частицы с помощью специальных приборов разгоняют до скорости 300-600 м/с и направляют поток на изолированные клетки, фрагменты или целое растение. Для создания потока летящих частиц используют газы, образующиеся при сгорании пороха, сжатый воздух или гелий. Частицы пробивают клеточную стенку и мембраны растительной клетки. Доставленная в клетки ДНК частично переходит в свободное состояние и взаимодействует с молекулами ДНК в ядре, митохондриях или пластидах.Currently, they often use the physical method of delivering DNA to a cell - bombarding it with microparticles (bio-ballistics or abbreviated biolistics). DNA on particles with a diameter of 0.4 to 1.2 μm is fixed by treatment with solutions of nucleic acid and CaCl 2 , or spermidine, or polyethylene glycol. Particles coated with DNA are accelerated to a speed of 300-600 m / s using special instruments and the flow is directed to isolated cells, fragments, or the whole plant. To create a flow of flying particles, gases generated by the combustion of gunpowder, compressed air or helium are used. Particles pierce the cell wall and membranes of the plant cell. The DNA delivered to the cells partially goes into a free state and interacts with the DNA molecules in the nucleus, mitochondria, or plastids.

Метод бомбардировки микрочастицами позволяет трансформировать растения практически любых видов. Но при этом известно, что происходит она с невысокой частотой, а интеграция и экспрессия чужеродных генов может зависеть от вектора, используемого для их введения. Например, частота трансформации повышается, если используется линейная, а не кольцевая ДНК. Кроме того, при бомбардировке микрочастицами высокомолекулярные плазмиды (более 10 т.п.н.) могут фрагментироваться, поэтому уровень экспрессии чужеродных генов окажется ниже, чем в случае плазмид меньшего размера.The microparticle bombardment method allows you to transform plants of almost any species. But it’s known that it occurs at a low frequency, and the integration and expression of foreign genes may depend on the vector used for their introduction. For example, the frequency of transformation is increased if linear rather than circular DNA is used. In addition, when microparticle bombardment, high molecular weight plasmids (more than 10 kb) can fragment, so the level of expression of foreign genes will be lower than in the case of smaller plasmids.

В качестве микрочастиц для бомбардировки растительных тканей используют сферические частицы благородных металлов - золота или вольфрама, поскольку они обладают необходимой массой и твердостью и при этом не являются токсичными.As microparticles for the bombardment of plant tissues, use spherical particles of noble metals - gold or tungsten, since they have the necessary mass and hardness and are not toxic.

В настоящем изобретении в качестве материала для создания частиц-носителей макромолекул используется хитозан, который, благодаря своей поликатионной природе, способен образовывать полиэлектролитные комплексы с отрицательно заряженными полимерами, такими как нуклеиновые кислоты, белки, нуклеопротеиды (Прикладная Биохимия и Микробиология 2005; т. 41:1:9-16. Biomacromolecules 2004; v. 5:928-936.). Авторы изобретения разработали оригинальную методику, позволяющую использовать хитозан для конструирования наночастиц-носителей макромолекул (ДНК, нуклеопротеидных комплексов и белков) и доставки их в растительную клетку.In the present invention, chitosan is used as a material for creating carrier particles of macromolecules, which, due to its polycationic nature, is able to form polyelectrolyte complexes with negatively charged polymers, such as nucleic acids, proteins, nucleoproteins (Applied Biochemistry and Microbiology 2005; v. 41: 1: 9-16. Biomacromolecules 2004; v. 5: 928-936.). The inventors have developed an original technique that allows the use of chitosan for the construction of nanoparticles-carriers of macromolecules (DNA, nucleoprotein complexes and proteins) and their delivery to the plant cell.

В частности, с помощью раскрытого в настоящем изобретении способа доставки макромолекул авторы изобретения предлагают редактировать геном высших растений, для чего могут быть использованы элементы системы CRISPR-Cas9. Способность частиц хитозана с высокой эффективностью связываться с макромолекулами различного состава и размера крайне важна в данном случае: для работы системы CRISPR необходима особым образом процессированная CRISPR-PHК (crPHК). CRISPR - методы редактирования генома основаны на использовании ДНК-интерференции, направляющей (гидовой) РНК и нацеленности против специфических последовательностей ДНК. Ряд важных открытий, касающихся устройства систем CRISPR типа II (в частности, выяснение необходимости для ее работы белка Cas9 и дополнительной - помимо crРНК - малой РНК, названной tracrPHК), позволил в 2012 году экспериментально опробовать первую искусственно разработанную систему CRISPR типа II. Искусственные системы CRISPR-Cas могут работать не только в клетках бактерий и in vitro, но и в клетках эукариот.In particular, using the method of delivery of macromolecules disclosed in the present invention, the inventors propose editing the genome of higher plants, for which CRISPR-Cas9 system elements can be used. The ability of chitosan particles to bind macromolecules of various compositions and sizes with high efficiency is extremely important in this case: for the CRISPR system to work, a specially processed CRISPR-PHK (crPHK) is necessary. CRISPR - genome editing methods are based on the use of DNA interference, directing (guiding) RNA and targeting specific DNA sequences. A number of important discoveries regarding the design of type II CRISPR systems (in particular, the clarification of the need for Cas9 protein and additional, in addition to crRNA, small RNA called tracrPHK), made it possible to experimentally test the first artificially developed type II CRISPR system in 2012. Artificial CRISPR-Cas systems can work not only in bacterial and in vitro cells, but also in eukaryotic cells.

Ожидаемым техническим результатом настоящего изобретения являлась разработка унифицированной процедуры доставки макромолекул в растительные клетки, расширение методического арсенала способов и средств доставки в растительную клетку макромолекул, в частности нуклеиновых кислот, белков и нуклеопротеидных комплексов, с возможностью последующего перепрограммирования растительных клеток и/или редактирования их генома.The expected technical result of the present invention was the development of a unified procedure for the delivery of macromolecules to plant cells, the expansion of the methodological arsenal of methods and means of delivery of macromolecules, in particular nucleic acids, proteins and nucleoprotein complexes, to the plant cell, with the possibility of subsequent reprogramming of plant cells and / or editing of their genome.

Описание чертежейDescription of drawings

Фиг. 1. Фазово-контрастное изображение частиц хитозана, полученное с помощью флуоресцентного микроскопа (А), флуоресцентная микроскопия частиц хитозана, функционализированных бычьим сывороточным альбумином, меченным флуоресцеин изотиоцианатом (ФИТЦ) (Б) и флуоресцентная микроскопия частиц хитозана, функционализированных препаратом тРНК, меченным флуоресцентной меткой Су-3 (В). Видно эффективное связывание частицами хитозана флуоресцентно-меченных молекул белка и РНК.FIG. 1. Phase-contrast image of chitosan particles obtained using a fluorescence microscope (A), fluorescence microscopy of chitosan particles functionalized with bovine serum albumin labeled with fluorescein isothiocyanate (FITC) (B) and fluorescence microscopy of chitosan particles functionalized with fluorescence drug Su-3 (B). Effective binding of chitosan particles to fluorescently-labeled protein and RNA molecules is seen.

Фиг. 2. Инфильтрация растений Nicotiana benthamiana ФИТЦ-БСА, иммобилизованного на частицах хитозана или золотых частицах (в присутствии частиц хитозана).FIG. 2. Infiltration of plants Nicotiana benthamiana FITZ-BSA immobilized on chitosan particles or gold particles (in the presence of chitosan particles).

Фиг. 3. Инфильтрация тРНК, меченной флуоресцентным красителем Су3 и иммобилизованной на частицах хитозана, в клетки растений Nicotiana benthamiana. Ярко окрашены клетки проводящего пучка.FIG. 3. Infiltration of tRNA labeled with Cu3 fluorescent dye and immobilized on chitosan particles into Nicotiana benthamiana plant cells. The cells of the conducting beam are brightly colored.

Фиг. 4. Оценка эффективности метода доставки плазмидной ДНК, кодирующей ЗФБ, в клетки растений с помощью инфильтрации частицами хитозана.FIG. 4. Evaluation of the effectiveness of the method for the delivery of plasmid DNA encoding ZFB into plant cells by infiltration with chitosan particles.

Фиг. 5. Электрофореграмма библиотеки до и после очистки.FIG. 5. Electrophoregram library before and after cleaning.

М - маркер молекулярного веса ДНК.M is a molecular weight marker for DNA.

1 bАu - биолистический бомбардмент золотыми наночастицами, покрытыми комплексами Cas9-sgRNA1 bАu - biolistic bombardment with gold nanoparticles coated with Cas9-sgRNA complexes

2 bН2O - биолистический бомбардмент комплексами Cas9-sgRNA без наночастиц (- контроль)2 bН2O - biolistic bombardment with Cas9-sgRNA complexes without nanoparticles (- control)

3 iChit - вакуумная инфильтрация комплексами Cas9-sgRNA на хитозановых наночастицах3 iChit - vacuum infiltration with Cas9-sgRNA complexes on chitosan nanoparticles

4 iH2O - вакуумная инфильтрация комплексами Cas9-sgRNA без наночастиц (-контроль)4 iH2O - vacuum infiltration with Cas9-sgRNA complexes without nanoparticles (-control)

Фиг. 6. Картирование ридов для выявления редактирования гена коилина картофеля.FIG. 6. Mapping of reeds to identify editing of the potato coilin gene.

Фиг. 7. Морфогенные каллусы картофеля, сорт Чикаго, отделяемые от стеблевого экспланта для инфильтрации частицами.FIG. 7. Morphogenic callus of potato, a variety of Chicago, separated from the stem explant for particle infiltration.

Фиг. 8. Регенерация побегов из морфогенных каллусов картофеля, сорт Чикаго, после инфильтрации суспензии содержащей частицы хитозана (0.25%), Cas9 и gRNA PDS.FIG. 8. Regeneration of shoots from morphogenic callus of potato, cultivar Chicago, after infiltration of a suspension containing particles of chitosan (0.25%), Cas9 and gRNA PDS.

Фиг. 9. Т7Е1 тест на ДНК морфогенного каллуса картофеля, подвергшегося редактированию гена фитоендесатуразы с помощью инфильтрации хитозановыми наночастицами, с иммобилизованным на их поверхности комплексом Cas9-sgRNA. ПЦР - амплифицированный фрагмент гена фитоендесатуразы морфогенного каллуса картофеля, подвергшегося редактированию. Т7Е1 - он же обработанный Т7 эндонуклеазой 1. Наличие разрезания целевой ДНК указывает на наличие геномного редактирования в нужном локусе.FIG. 9. T7E1 DNA test of morphogenic callus of potato, which underwent editing of the phytoendesaturase gene by infiltration with chitosan nanoparticles, with the Cas9-sgRNA complex immobilized on their surface. PCR is an amplified fragment of the phytoendesaturase gene of morphogenic callus of potato that has been edited. T7E1 - it is also treated with T7 endonuclease 1. The presence of cutting the target DNA indicates the presence of genomic editing at the desired locus.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технический результат достигается за счет оптимальной комбинации приемов и средств, применяемых при осуществлении процедуры доставки: в частности, получения частиц хитозана оптимальной величины, их связывания с макромолекулами различной природы (нуклеиновыми кислотами, нуклеопротеидными комплексами и белками в оптимальных условиях, определяемых структурой и свойствами доставляемой макромолекулы, и введения нагруженных таким образом наночастиц в растительные клетки.The technical result is achieved due to the optimal combination of techniques and means used in the delivery procedure: in particular, to obtain optimal chitosan particles, their binding to macromolecules of various nature (nucleic acids, nucleoprotein complexes and proteins under optimal conditions, determined by the structure and properties of the delivered macromolecule , and introducing thus loaded nanoparticles into plant cells.

Получение частиц хитозана и их функционализация.Obtaining particles of chitosan and their functionalization.

Хитозан (Sigma, CAS Number 9012-76-4) в концентрации 1,75 мг/мл растворяли в 30 мМ Na-ацетатном буфере рН 4,5 (буфер готовили, подводя рН раствора 30 мМ СН3СОONa до 4,5 10% раствором СН3СООН) при постоянном встряхивании до полного растворения хитозана. Затем к раствору добавляли водный раствор триполифосфата натрия (ТПФ, Галреахим) в концентрации 1 мг/мл в соотношении хитозан : ТПФ, равном 5:2. Данные условия приводили к формированию гомогенного препарата частиц хитозана с диаметром 600-800 нм (фазово-контрастное изображение, полученное с помощью моторизованного инвертированного флуоресцентного микроскопа Axiovert 200М (Carl Zeiss, Германия), рис. 1a. Для некоторых методик (указаны ниже) исходный раствор частиц хитозана с рН 4,5 нейтрализовали добавлением 10% раствора NaOH до рН 6,5. К полученному раствору частиц хитозана добавляли растворы белка, РНК или ДНК (концентрации указаны в соответствующих примерах), перемешивали и озвучивали (обрабатывали ультразвуком с частотой 50/60 Hz) при температуре 25°С в течение 10 минут с использованием ультразвуковой мойки Elmasonic s300h (Германия).Chitosan (Sigma, CAS Number 9012-76-4) at a concentration of 1.75 mg / ml was dissolved in 30 mM Na-acetate buffer pH 4.5 (the buffer was prepared by adjusting the pH of a solution of 30 mM CH 3 COONa to 4.5 10% solution of CH 3 COOH) with constant shaking until complete dissolution of chitosan. Then, an aqueous solution of sodium tripolyphosphate (TPF, Galreakhim) was added to the solution at a concentration of 1 mg / ml in a ratio of chitosan: TPF equal to 5: 2. These conditions led to the formation of a homogeneous preparation of chitosan particles with a diameter of 600-800 nm (phase-contrast image obtained using an Axiovert 200M motorized inverted fluorescence microscope (Carl Zeiss, Germany), Fig. 1a. For some methods (indicated below), the initial solution particles of chitosan with a pH of 4.5 was neutralized by adding 10% NaOH solution to a pH of 6.5. To the resulting solution of chitosan particles were added solutions of protein, RNA or DNA (concentrations are indicated in the corresponding examples), mixed and voiced (processed ultrasonically with a frequency of 50/60 Hz) at 25 ° C for 10 minutes using an ultrasonic washing Elmasonic s300h (Germany).

Эффективность загрузки наноплатформ оценивалась методом флуоресцентной микроскопии, основываясь на количестве флуоресцирующих частиц по отношению к общему количеству частиц, видимых в световом поле (Фиг. 1). Сигналы флуоресцентных красителей (ФИТЦ и Су-3), которыми с использованием стандартных методик были мечены соответственно белки и РНК, регистрировали с помощью моторизованного инвертированного флуоресцентного микроскопа Axiovert 200М (Carl Zeiss, Германия), управляемого программным комплексом Axiovision 4.5 (Carl Zeiss Microimaging, Германия) и оборудованного объективами Plan-Neofluar с увеличениями 10х и 20х. Сигналы детектировали в зеленом и красном каналах. Параллельно регистрировали фазово-контрастное изображение каждого поля зрения. Для регистрации изображения использовали цифровую камеру ORCA II ERG-2 (Hamamatsu Photonics, Япония). Дополнительно флуоресцентно-меченные белки и РНК в клетках растений детектировались при помощи конфокального лазерного сканирующего микроскопа, модель Leica TCS SP5 (Leica Mycrosystems, Heidelberg, Germany). В клетках проводилась детекция зеленого флуоресцирующего белка (GFP). Для возбуждения свечения использовался аргоновый лазер с длиной волн 488 нм.The loading efficiency of nanoplatforms was evaluated by fluorescence microscopy, based on the number of fluorescent particles relative to the total number of particles visible in the light field (Fig. 1). The signals of fluorescent dyes (FITC and Su-3), which were used to label proteins and RNA, respectively, using standard techniques, were recorded using an Axiovert 200M motorized inverted fluorescence microscope (Carl Zeiss, Germany) controlled by the Axiovision 4.5 software package (Carl Zeiss Microimaging, Germany ) and equipped with Plan-Neofluar lenses with magnifications of 10x and 20x. Signals were detected in the green and red channels. In parallel, a phase-contrast image of each field of view was recorded. For image registration, an ORCA II ERG-2 digital camera (Hamamatsu Photonics, Japan) was used. Additionally, fluorescently-labeled proteins and RNA in plant cells were detected using a confocal laser scanning microscope, model Leica TCS SP5 (Leica Mycrosystems, Heidelberg, Germany). The cells were detected green fluorescent protein (GFP). To excite the glow, an argon laser with a wavelength of 488 nm was used.

Оценка показала, что частицы хитозана в условиях эксперимента эффективно связывают флуоресцентно меченные белок/РНК. Меченные флуоресцентными красителями белки и РНК, связанные с частицами хитозана, показаны на фиг. 1б, в. Полученные наноплатформы сохраняли стабильность и функциональность в растворе в течение 24-48 час.The evaluation showed that chitosan particles effectively bind fluorescently labeled protein / RNA under experimental conditions. Fluorescent dye-labeled proteins and RNA bound to chitosan particles are shown in FIG. 1b, c. The resulting nanoplatforms remained stable and functional in solution for 24-48 hours.

Для осуществления способа не является принципиальным, каким именно способом осуществлена функционализация частиц хитозана - например, она может быть обеспечена электростатической адсорбцией, конъюгацией с лигандом на поверхности наночастицы, покрытием наночастицы малым кофактором, который доставляемая макромолекула РНК, ДНК, белка или нуклеопротеина может распознать и связать, и непосредственной конъюгацией макромолекулы с наночастицей.To implement the method, it is not fundamental how the chitosan particles are functionalized — for example, it can be provided by electrostatic adsorption, conjugation with a ligand on the surface of the nanoparticle, coating the nanoparticle with a small cofactor, which the delivered RNA, DNA, protein or nucleoprotein macromolecule can recognize and bind , and direct conjugation of a macromolecule with a nanoparticle.

Получение экспериментальных растений. В экспериментах использовали растения Nicotiana benthamiana и картофеля Solanum tuberosum. Растения выращивали из семян/миниклубней и содержали в условиях теплицы при 16 часовом дне, с минимальной дневной температурой 28°С и минимальной температурой ночью 22°С.Obtaining experimental plants. In the experiments, plants of Nicotiana benthamiana and potato Solanum tuberosum were used. Plants were grown from seeds / minicubers and kept in a greenhouse at 16 hours a day, with a minimum daily temperature of 28 ° C and a minimum temperature of 22 ° C at night.

Инфильтрация функционализированных частиц хитозана в клетки растений.Infiltration of functionalized chitosan particles into plant cells.

Инфильтрацию проводили частицами хитозана, функционализированными белком/РНК/ДНК/РНП или частицами хитозана (0,5% раствор) с добавлением раствора золотых частиц ((BioRad, Microcarrier Gold размером 0,6 мкм), функционализированными белком/РНК/ДНК/РНП. Полученные суспензии/растворы частиц предварительно озвучивали при температуре 25°С в течение 10 мин. с частотой 50/60 Hz с использованием ультразвуковой мойки Elmasonic s300h (Германия). Для инфильтрации тканей растений использовали методы механической и вакуумной инфильтрации. Механическую инфильтрацию проводили макроинъекцией с использованием инъекционного стерильного шприца. Инфильтрация вакуумированием может проводиться путем помещения ткани в эксикатор и создания в нем вакуума, после чего, при разгерметизации и резком повышении давления, происходит забрасывание нанесенной суспензии внутрь ткани. Препарат частиц хитозана, функционализированных белком/РНК/ДНК или комплексом белок-РНК, белок-ДНК, инфильтрировали в нижнюю поверхность листа через небольшое повреждение наружного эпидермиса. Площадь инфильтрации составляла не менее 1 см в диаметре. Вакуумную инфильтрацию проводили с использованием PDS-1000/Не пушки (BioRad). Для растительных образцов использовано давление 28-30 дюймов рт.ст., в соответствии с инструкцией производителя. Образцы (высечки листовой пластинки размером 5×5 мм, апикальные меристемы (около 10 меристем) или пазушные почки) помещали в камеру PDS-1000 /Не пушки, на образец наносили до 100 мкл приготовленного препарата, поднимали давление в камере до рекомендованного уровня, выдерживали в течение 60 сек, а затем снижали давление до нормального уровня. Инфильтрированные функционализированными частицами хитозана клетки/ткани растения выдерживали в климатической камере или при комнатной температуре. Оценку результатов проводили на 2-3 день после инфильтрации методами флуоресцентной микроскопии и лазерной конфокальной микроскопии.Infiltration was carried out with chitosan particles functionalized with protein / RNA / DNA / RNP or chitosan particles (0.5% solution) with the addition of a solution of gold particles ((BioRad, Microcarrier Gold 0.6 μm in size) functionalized with protein / RNA / DNA / RNP. The resulting suspensions / particle solutions were pre-voiced at 25 ° C for 10 minutes at a frequency of 50/60 Hz using an Elmasonic s300h ultrasonic cleaner (Germany). Mechanical and vacuum methods were used to infiltrate plant tissues. acroinjection using an injectable sterile syringe. Vacuum infiltration can be carried out by placing the tissue in the desiccator and creating a vacuum in it, after which, when depressurization and a sharp increase in pressure, the applied suspension is thrown into the tissue. The preparation of chitosan particles functionalized with protein / RNA / DNA or a protein-RNA complex, protein-DNA, was infiltrated into the lower surface of the sheet through slight damage to the external epidermis. The infiltration area was at least 1 cm in diameter. Vacuum infiltration was performed using a PDS-1000 / Not gun (BioRad). For plant samples, a pressure of 28-30 inches of mercury was used, in accordance with the manufacturer's instructions. Samples (5 × 5 mm leaf plate die cuts, apical meristems (about 10 meristems) or axillary kidneys) were placed in a PDS-1000 / He gun chamber, up to 100 μl of the prepared preparation was applied to the sample, the pressure in the chamber was raised to the recommended level, maintained for 60 seconds, and then reduced the pressure to normal levels. The plant cells / tissues infiltrated with functionalized chitosan particles were kept in a climatic chamber or at room temperature. Evaluation of the results was carried out 2-3 days after infiltration by fluorescence microscopy and laser confocal microscopy.

В качестве материала для доставки наночастиц, дополнительно к вышеназванным, могут быть использованы и другие растительные ткани, например, меристемы, морфогенный каллус, пазушные почки, экспланты, зародыш, каллус, пыльца, листья, пыльники, корни, корневые кончики, цветки, семена, стручки и стебли. Для улучшения эффективности доставки дополнительно можно применять предварительную обработку растительного материала (например, частичную мацерацию клеточных стенок, инкубацию растительного материала с растворами повышенными осмотическими свойствами, к примеру раствором маннита).In addition to the above, other plant tissues can be used as a material for the delivery of nanoparticles, for example, meristems, morphogenic callus, axillary buds, explants, germ, callus, pollen, leaves, anthers, roots, root tips, flowers, seeds, pods and stems. In order to improve delivery efficiency, pretreatment of plant material can be additionally applied (for example, partial maceration of cell walls, incubation of plant material with solutions with enhanced osmotic properties, for example, mannitol solution).

Для покрытия частиц хитозана могут быть использованы макромолекулы, обеспечивающие направленную доставку в определенный субклеточный компартмент: цитозоль, ядро, тонопласты, пластиды, этиопласты, хромопласты, лейкопласты, элайопласты, протеинопласты, амилопласты, хлоропласты и полости двухслойной мембраны.For the coating of chitosan particles, macromolecules can be used that provide targeted delivery to a specific subcellular compartment: cytosol, nucleus, tonoplasts, plastids, etioplasts, chromoplasts, leukoplasts, elioplasts, protein plastics, amyloplasts, chloroplasts and cavities of a two-layer membrane.

Разработанный в данной заявке способ может быть использован для доставки в клетки и ткани растений белков (бычий сывороточный альбумин, БСА; зеленый флуоресцентный белок, ЗФБ), малых РНК (тРНК, направляющей (гидовой) РНК; sgRNA и любых других), ДНК (плазмида, кодирующая ЗФБ) и рибонуклеиновых комплексов системы CRISPR-Cas (нуклеаза Cas9 совместно с гидовой РНК); для создания растений с повышенной урожайностью путем доставки в растение нуклеиновых кислот, кодирующих специфические полипептиды, для переноса в растение гена интерферона-альфа или -бета человека для получения растений, устойчивых к вирусной инфекции. Полученные результаты показывают, что разработанный способ доставки биологических макромолекул в клетки растений, основанный на инфильтрации (механической или вакуумной) препарата частиц хитозана или совместно частиц хитозана и золота с иммобилизованными на их поверхности макромолекулами, обеспечивает эффективную доставку полученных наноплатформ, что подтверждается по выявлению меченных флуоресцентными метками белков и нуклеиновых кислот в клетках растений (фиг. 1), а также результатами прямого секвенирования следующего поколения в случае доставки специфичных CRISPR/Cas9 рибонуклеопротеидных комплексов (см. примеры).The method developed in this application can be used to deliver proteins (bovine serum albumin, BSA; green fluorescent protein, ZFB), small RNAs (tRNAs, guiding (guiding) RNAs, sgRNAs and any others), DNA (plasmid) to cells and tissues of plants encoding SPS) and ribonuclein complexes of the CRISPR-Cas system (Cas9 nuclease together with guiding RNA); for creating plants with increased productivity by delivering nucleic acids encoding specific polypeptides to the plant, for transferring the human interferon alpha or beta gene to the plant to obtain plants resistant to viral infection. The results show that the developed method for the delivery of biological macromolecules to plant cells, based on the infiltration (mechanical or vacuum) of a preparation of chitosan particles or together particles of chitosan and gold with macromolecules immobilized on their surface, ensures efficient delivery of the obtained nanoplatforms, which is confirmed by the identification of labeled fluorescent labels of proteins and nucleic acids in plant cells (Fig. 1), as well as the results of direct sequencing of the next generation in the case of the delivery of specific CRISPR / Cas9 ribonucleoprotein complexes (see examples).

Оценка числа отредактированных клеток следующего поколения в экспериментах по редактированию генома после доставки в ткани растений Nicotiana benthamiana или Solanum tuberosum рибонуклеопротеидного комплекса системы CRISPR/Cas показала, что эффективность редактирования при обработке образцов комплексами Cas9-sgRNA на хитозановых наночастицах неожиданно высока, не менее чем 3-5 раз, а в некоторых случаях в 10 раз, превышая таковую при аналогичной обработке тканей комплексами Cas9-sgRNA в отсутствие наночастиц, что является важным новым техническим результатом.Estimation of the number of edited cells of the next generation in experiments on editing the genome after delivery of the ribonucleoprotein complex of the CRISPR / Cas system to the tissue of plants Nicotiana benthamiana or Solanum tuberosum showed that the editing efficiency when processing samples with Cas9-sgRNA complexes on chitosan nanoparticles is unexpectedly high, not less than 3 5 times, and in some cases 10 times, exceeding that with a similar tissue treatment with Cas9-sgRNA complexes in the absence of nanoparticles, which is an important new technical result.

Эксперименты по оценке количества доставляемого наночастицами хитозана материала показали, что при использовании макроинъекций или вакуумной инфильтрации для различных видов белков оно составляет от 1 до 5 мг/мл, для РНК около 15мМ и для ДНК около 1 мг/мл, до 5 мг\мл для нуклеопротеидных комплексов. При осуществлении функционализации молекулы хитозана не существует каких-либо ограничений для структуры доставляемой макромолекулы, т.е. нагрузка наночастицы может быть осуществлена любым известным в настоящее время белком животного, растительного или искусственного происхождения, любым комплексом белок\ДНК или белок\РНК, ДНК или РНК любой длины и любой степени очистки.Experiments to estimate the amount of material delivered by chitosan nanoparticles showed that when using macroinjections or vacuum infiltration for various types of proteins, it is from 1 to 5 mg / ml, for RNA about 15 mm and for DNA about 1 mg / ml, up to 5 mg / ml for nucleoprotein complexes. During the functionalization of the chitosan molecule, there are no restrictions on the structure of the delivered macromolecule, i.e. loading of the nanoparticle can be carried out by any protein of animal, plant or artificial origin currently known, any protein \ DNA or protein \ RNA, DNA or RNA complex of any length and any degree of purification.

Предложенный в настоящем изобретении способ доставки макромолекул в ткани растений является универсальным и может быть применен для любых известных сельскохозяйственных культур (в этом списке можно назвать, например, зерновые, зернобобовые, кормовые, масличные, эфиромасличные, технические, овощные, лекарственные, цветочные, плодовые, ягодные растения, картофель, томаты, сахарная свекла, виноград, табака, морковь, кукуруза, канола, рапс, хлопчатник, пальма, арахис, соя, Oryza sp., Arabidopsis sp., Ricinus sp. сахарный тростник) и декоративных растений.The method for delivering macromolecules into plant tissues proposed in the present invention is universal and can be applied to any known agricultural crops (in this list, for example, cereals, legumes, fodder, oilseeds, essential oil, technical, vegetable, medicinal, floral, fruit, berry plants, potatoes, tomatoes, sugar beets, grapes, tobacco, carrots, corn, canola, canola, cotton, palm, peanuts, soybeans, Oryza sp., Arabidopsis sp., Ricinus sp. sugarcane) and ornamental plants.

Дальнейшее повышение эффективности доставки макромолекул, ДНК, РНК и белков достигается при инкубации растительного материала в осмотических растворах. Для этого спустя 4-20 часов после проведения инфильтрации обработанный растительный материал инкубируется на высокоосмотической среде, содержащей до 500 mOsm/кг сахарозы. Подобная обработка способна еще в 4-5 раз увеличить эффективность доставки макромолекул.A further increase in the delivery efficiency of macromolecules, DNA, RNA and proteins is achieved by incubation of plant material in osmotic solutions. For this, 4-20 hours after the infiltration, the treated plant material is incubated in a highly osmotic medium containing up to 500 mOsm / kg of sucrose. Such processing is able to increase the delivery efficiency of macromolecules by another 4-5 times.

ПримерыExamples

Пример 1. Доставка зеленого флуоресцентного белка (ЗФБ) в клетки растений Nicotiana benthamiana.Example 1. Delivery of green fluorescent protein (PBS) into plant cells of Nicotiana benthamiana.

Пробу для инфильтрации получали, смешивая 1,75 мг/мл раствора хитозана в 30 мМ Na-ацетатном буфере (рН 4,5), водный раствор ТПФ (1 мг/мл) в объеме 50 и 20 мкл, соответственно для формирования частиц хитозана. затем к пробе добавляли 15 мкл раствора ЗФБ (TurboGFP, Евроген) с концентрацией 1 мг/мл и инкубировали в течение 15 мин. при температуре 25°С при постоянном перемешивании для иммобилизации белка на частицах хитозана. Доставку наноплатформ в клетки растений осуществляли путем механической или вакуумной инфильтрации.A sample for infiltration was obtained by mixing 1.75 mg / ml of a solution of chitosan in 30 mM Na-acetate buffer (pH 4.5), an aqueous solution of TPF (1 mg / ml) in a volume of 50 and 20 μl, respectively, to form particles of chitosan. then, 15 μl of a 1 mg / ml ZBF solution (TurboGFP, Eurogen) was added to the sample and incubated for 15 min. at a temperature of 25 ° C with constant stirring to immobilize the protein on chitosan particles. The delivery of nanoplatforms to plant cells was carried out by mechanical or vacuum infiltration.

В ряде опытов в пробу для инфильтрации дополнительно вносили частицы золота (BioRad, Microcarrier Gold размером 0,6 мкм). Использовали раствор частиц золота с концентрацией 30 мкг/мл. Предварительно проводили озвучивание золотых частиц при температуре 25°С в течение 10 минут ультразвуком с частотой 50/60 Hz с использованием ультразвуковой мойки Elmasonic s300h (Германия). Пробу для инфильтрации получали, смешивая раствор золотых частиц с концентрацией 30 мкг/мл, 0,5% раствор частиц хитозана, приготовленных по вышеописанной методике, и раствор ЗФБ (TurboGFP, Евроген с концентрацией 1 мкг/мл) в соотношении 40, 140 и 30 мкл, соответственно. Пробу инкубировали в течение 15 мин. при температуре 25°С при постоянном перемешивании. Доставку наноплатформ в клетки растений осуществляли путем механической или вакуумной инфильтрации. Видимой разницы в эффективности доставки, осуществляемой при помощи частиц хитозана, при добавлении золотых наночастиц и без них не обнаружено, что свидетельствует о примерно одинаковой эффективности способов. Фазово-контрастное изображение частиц хитозана при различной обработке, полученное с помощью флуоресцентного микроскопа, показано на Фиг. 1.In a number of experiments, gold particles (BioRad, Microcarrier Gold 0.6 μm in size) were additionally added to the sample for infiltration. A solution of gold particles with a concentration of 30 μg / ml was used. Sounding of gold particles was preliminarily performed at a temperature of 25 ° С for 10 minutes with ultrasound at a frequency of 50/60 Hz using an Elmasonic s300h ultrasonic cleaner (Germany). A sample for infiltration was obtained by mixing a solution of gold particles with a concentration of 30 μg / ml, a 0.5% solution of chitosan particles prepared according to the above method, and a solution of ZBF (TurboGFP, Eurogen with a concentration of 1 μg / ml) in a ratio of 40, 140 and 30 μl, respectively. The sample was incubated for 15 minutes. at a temperature of 25 ° C with constant stirring. The delivery of nanoplatforms to plant cells was carried out by mechanical or vacuum infiltration. No visible difference in the delivery efficiency by using chitosan particles was found with or without adding gold nanoparticles, which indicates approximately the same efficiency of the methods. A phase-contrast image of chitosan particles during various processing, obtained using a fluorescence microscope, is shown in FIG. one.

Пример 2. Доставка бычьего сывороточного альбумина, меченного ФИТЦ, в клетки растений Nicotiana benthamiana и Solanum tuberosum.Example 2. Delivery of bovine serum albumin labeled with FITC into plant cells of Nicotiana benthamiana and Solanum tuberosum.

Предварительно проводили мечение бычьего сывороточного альбумина (БСА) ФИТЦ. Для этого непосредственно перед мечением готовили раствор БСА в концентрации 5 мг/мл в 0,1 М карбонатном буфере с рН 9,0 и на каждый 1 мл белка вносили 50 мкл исходного раствора ФИТЦ (Sigma), затем к раствору добавляли хлорид аммония (до конечной концентрации 50 мМ) и оставляли на ночь при 4°С в темноте. Меченный ФИТЦ БСА отделяли от свободного ФИТЦ с помощью гельфильтрации на Сефадексе G-50 (Pharmacea). Эффективность мечения БСА ФИТЦ была рассчитана по соответствующей формуле, определенное молярное соотношение ФИТЦ/БСА составило 1,5. Пробу для инфильтрации получали, смешивая раствор частиц хитозана, полученный согласно вышеприведенной методике (1,75 мг/мл раствора хитозана в 30 мМ ацетатном буфере (рН 4,5), раствор ТПФ (1 мг/мл) в соотношении 100 к 40 мкл) и 100 мкл раствора БСА/ФИТЦ (концентрация 3 мг/мл). Пробу инкубировали в течение 15 мин. при температуре 25°С при постоянном перемешивании. Доставку наноплатформ в клетки растений осуществляли путем механической (макроинъекция шприцом) или вакуумной инфильтрации.Labeling of bovine serum albumin (BSA) FITC was preliminarily carried out. For this, just before labeling, a BSA solution was prepared at a concentration of 5 mg / ml in 0.1 M carbonate buffer with a pH of 9.0, and 50 μl of the initial FITC solution (Sigma) was added for each 1 ml of protein, then ammonium chloride was added to the solution (up to final concentration of 50 mM) and left overnight at 4 ° C in the dark. Labeled FITC BSA was separated from free FITC by gel filtration on Sephadex G-50 (Pharmacea). The labeling efficiency of BSA FITC was calculated using the appropriate formula, the determined molar ratio of FITC / BSA was 1.5. An infiltration sample was prepared by mixing a solution of chitosan particles obtained according to the above procedure (1.75 mg / ml of a solution of chitosan in 30 mM acetate buffer (pH 4.5), a solution of TPF (1 mg / ml) in a ratio of 100 to 40 μl) and 100 μl of a BSA / FITZ solution (concentration of 3 mg / ml). The sample was incubated for 15 minutes. at a temperature of 25 ° C with constant stirring. Nanoplatforms were delivered to plant cells by mechanical (macroinjection with a syringe) or vacuum infiltration.

В ряде опытов в пробу для инфильтрации дополнительно вносили частицы золота (BioRad, Microcarrier Gold размером 0,6 мкм). Использовали раствор частиц золота с концентрацией 30 мкг/мл. Предварительно проводили озвучивание золотых частиц при температуре 25°С в течение 10 минут ультразвуком с частотой 50/60 Hz с использованием ультразвуковой мойки Elmasonic s300h (Германия). Пробу для инфильтрации получали, смешивая 40 мкл раствора золотых частиц с концентрацией 30 мкг/мл, 140 мкл 0,5% раствор частиц хитозана, приготовленных по вышеописанной методике, и 100 мкл раствора ФИТЦ-БСА с концентрацией 3 мг/мл. Пробу инкубировали в течение 15 мин. при температуре 25°С при постоянном перемешивании. Доставку наноплатформ в клетки растений осуществляли путем механической или вакуумной инфильтрации. Видимой разницы в эффективности доставки, осуществляемой при помощи частиц хитозана, при добавлении золотых наночастиц и без них не обнаружено, что свидетельствует о примерно одинаковой эффективности способов (Фиг. 2).In a number of experiments, gold particles (BioRad, Microcarrier Gold 0.6 μm in size) were additionally added to the sample for infiltration. A solution of gold particles with a concentration of 30 μg / ml was used. Sounding of gold particles was preliminarily performed at a temperature of 25 ° С for 10 minutes with ultrasound at a frequency of 50/60 Hz using an Elmasonic s300h ultrasonic cleaner (Germany). An infiltration sample was prepared by mixing 40 μl of a solution of gold particles with a concentration of 30 μg / ml, 140 μl of a 0.5% solution of chitosan particles prepared according to the above procedure, and 100 μl of a solution of FITZ-BSA with a concentration of 3 mg / ml. The sample was incubated for 15 minutes. at a temperature of 25 ° C with constant stirring. The delivery of nanoplatforms to plant cells was carried out by mechanical or vacuum infiltration. No visible difference in the delivery efficiency by using chitosan particles with and without the addition of gold nanoparticles was found, which indicates approximately the same efficiency of the methods (Fig. 2).

Пример 3. Доставка малых РНК, меченных флуоресцентной меткой Су-3, в клетки растений Nicotiana benthamiana.Example 3. Delivery of small RNA labeled with a fluorescent label Su-3, in plant cells Nicotiana benthamiana.

В экспериментах использовали препараты тРНК или синтезированной in vitro (как описано ниже, гидовой РНК) Предварительно проводили мечение малых РНК флуоресцентным красителем Су3 (Jena Bioscience) с использованием стандартной методики. Пробу для инфильтрации получали, смешивая раствор частиц хитозана, полученный согласно вышеприведенной методике (1,75 мг/мл раствора хитозана в 30 мМ ацетатном буфере (рН 4,5), раствор ТПФ (1 мг/мл) в соотношении 100 к 40 мкл) и 30 мкл раствора гидовой РНК (концентрация 15 мМ) или препарата тРНК (концентрация 1 мг/мл). Пробу инкубировали в течение 5 мин. при температуре 4°С при постоянном перемешивании. Доставку наноплатформ в клетки растений осуществляли путем механической или вакуумной инфильтрации. Проникновение тРНК в растительную клетку показано на Фиг. 3.In the experiments, preparations of tRNA or synthesized in vitro (as described below, hydraulic RNA) were used. Small RNAs were preliminarily labeled with fluorescent dye Cu3 (Jena Bioscience) using a standard technique. An infiltration sample was prepared by mixing a solution of chitosan particles obtained according to the above procedure (1.75 mg / ml of a solution of chitosan in 30 mM acetate buffer (pH 4.5), a solution of TPF (1 mg / ml) in a ratio of 100 to 40 μl) and 30 μl of a solution of hydraulic RNA (concentration of 15 mM) or tRNA preparation (concentration of 1 mg / ml). The sample was incubated for 5 minutes. at a temperature of 4 ° C with constant stirring. The delivery of nanoplatforms to plant cells was carried out by mechanical or vacuum infiltration. The penetration of tRNA into a plant cell is shown in FIG. 3.

Пример 4. Доставка плазмиды (ДНК), кодирующей зеленый флуоресцентный белок, в клетки растений Nicotiana benthamiana.Example 4. Delivery of a plasmid (DNA) encoding a green fluorescent protein into Nicotiana benthamiana plant cells.

Плазмидную ДНК из клеток E.coli штамма XL-blue выделяли стандартным методом с помощью набора Plasmid Miniprep (Евроген) в концентрации не менее 1мкг/мкл. Пробу для инфильтрации получали, смешивая раствор частиц хитозана, полученный согласно вышеприведенной методике (1,75 мг/мл раствора хитозана в 30 мМ ацетатном буфере (рН 4,5), раствор ТПФ (1 мг/мл) в соотношении 100 к 40 мкл) и 20 мкл раствора ДНК. Пробу инкубировали в течение 15 мин. при температуре 25°С при постоянном перемешивании. Доставку наноплатформ в клетки растений осуществляли путем механической или вакуумной инфильтрации. На Фиг. 4 наблюдается эффективная флуоресценция (экспрессия гена ЗФБ) в клетках растения после инфильтрации плазмидой, содержащей ген ЗФБ, по сравнению с контрольной плазмидой (без гена ЗФБ).Plasmid DNA from cells of E. coli strain XL-blue was isolated by the standard method using a Plasmid Miniprep kit (Eurogen) at a concentration of not less than 1 μg / μl. An infiltration sample was prepared by mixing a solution of chitosan particles obtained according to the above procedure (1.75 mg / ml of a solution of chitosan in 30 mM acetate buffer (pH 4.5), a solution of TPF (1 mg / ml) in a ratio of 100 to 40 μl) and 20 μl of DNA solution. The sample was incubated for 15 minutes. at a temperature of 25 ° C with constant stirring. The delivery of nanoplatforms to plant cells was carried out by mechanical or vacuum infiltration. In FIG. 4, effective fluorescence (expression of the ZFB gene) is observed in plant cells after infiltration with a plasmid containing the ZFB gene, compared with the control plasmid (without the ZFB gene).

Пример 5. Редактирование гена коилина для получения растений с повышенной устойчивостью к Y вирусу картофеля.Example 5. Editing the coilin gene to produce plants with increased resistance to the Y potato virus.

Редактирование осуществлялось путем доставки рибонуклеопротеидного комплекса системы CRISPR/Cas, включающего направляющую (гидовую) РНК и нуклеазу Cas9 S. pyogenes в клетки растений Nicotiana benthamiana или Solanum tuberosum.Editing was carried out by delivery of the CRISPR / Cas system ribonucleoprotein complex, including the guide (hydrofluoric) RNA and S. pyogenes nuclease Cas9 into Nicotiana benthamiana or Solanum tuberosum plant cells.

Для получения рибонуклеопротеидного комплекса использовали препарат EnGen® Cas9 NLS, S. pyogenes производства England Biolabs и гидовые РНК, синтезированные при помощи MEGAscript® Т7 Transcription Kit производства Invitrogen™. РНП получали, смешивая 1 мкл нуклеазы Cas9 с исходной концентрацией 20мкМ, 2 мкл гидовой РНК (концентрация 15 мкМ), 3 мкл 10-кратного буфера для Cas9 (10Х Cas9 Nuclease Reaction Buffer) и 14 мкл стерильной, свободной от нуклеаз Н2О. Пробу инкубировали 10 мин. при комнатной температуре и смешивали с 80 мкл предварительно озвученного раствора частиц золота или с раствором частиц хитозана, полученным как описано выше. В качестве контроля в пробу вносили 80 мкл Н2О. Доставку наноплатформ в клетки растений осуществляли путем механической или вакуумной инфильтрации.To obtain the ribonucleoprotein complex, EnGen® Cas9 NLS, S. pyogenes, manufactured by England Biolabs, and hydrotoxic RNAs synthesized using the Invitrogen ™ MEGAscript® T7 Transcription Kit were used. RNPs were prepared by mixing 1 μl of Cas9 nuclease with an initial concentration of 20 μM, 2 μl of guiding RNA (15 μM concentration), 3 μl of 10-fold Cas9 buffer (10X Cas9 Nuclease Reaction Buffer), and 14 μl of sterile H 2 O nuclease free. The sample was incubated for 10 minutes. at room temperature and mixed with 80 μl of a pre-voiced solution of gold particles or with a solution of chitosan particles obtained as described above. As a control, 80 μl of H 2 O was added to the sample. The delivery of nanoplatforms to plant cells was carried out by mechanical or vacuum infiltration.

Редактирование гена коилина оценивали методом высокопроизводительного секвенирования следующего поколения: в составе гена коилина Solanum tuberosum выявлена делеция размером около 70 нуклеотидов в районе предполагаемого сайта разрезания.The editing of the coilin gene was evaluated by the next generation high-performance sequencing method: a deletion of about 70 nucleotides in size of the proposed cutting site was detected in the Solanum tuberosum coilin gene.

Пример 6: Секвенирование отредактированного гена коилина картофеляExample 6: Sequencing of an Edited Potato Coilin Gene

Таргетная амплификация:Targeted Amplification:

Амплификацию области геномного редактирования апикальных меристем, подвергшихся редактированию гена коилина, проводили с использованием праймеров F 5'-TGATGTTCCCTTCTGCTGTAGGTTGGGAA-3' и R 5'-GCGTGGTTTTGTATTGAGAAGAGTCАТА-3'. Данные праймеры были разработаны с возможностью идентификации не только точечных мутаций, но и крупных делеций. Амплификацию проводили в 50 мкл смеси используя DreamTaq PCR Master Mix 2х (Thermo Scientific, США) со следующими параметрами: первичная денатурация при 94°С в течение 2 минут; 40 циклов: 94°С, 65°С и 72°С каждый цикл по 40 секунд. Продукты амплификации были очищены с помощью Agencourt AMPure beads (Beckman Coulter, США)Amplification of the genomic editing region of apical meristems subjected to coilin gene editing was carried out using primers F 5'-TGATGTTCCCTTCTGCTGTAGGTTGGGAA-3 'and R 5'-GCGTGGTTTTGTATTGAGAAGAGTCATA-3'. These primers were designed with the ability to identify not only point mutations, but also large deletions. Amplification was carried out in 50 μl of the mixture using DreamTaq PCR Master Mix 2x (Thermo Scientific, USA) with the following parameters: primary denaturation at 94 ° C for 2 minutes; 40 cycles: 94 ° C, 65 ° C and 72 ° C each cycle for 40 seconds. Amplification products were purified using Agencourt AMPure beads (Beckman Coulter, USA)

Приготовление библиотеки и секвенирование:Library Preparation and Sequencing:

Подготовка библиотеки для секвенирования и секвенирование были произведены в соответствие с инструкциями от производителя оборудования (Thermo Scientific, США). Определение концентрации библиотеки для секвенирования было выполнено с помощью набора Ion Library TaqMan™ Quantitation Kit (Thermo Scientific, США). Дополнительным контролем качества служило постановка электрофореза. В результате были выявлены 2 фрагмента длиной ≈360 и 300 пар нуклеотидов (Фиг. 5).Preparation of the library for sequencing and sequencing were performed in accordance with the instructions from the equipment manufacturer (Thermo Scientific, USA). The concentration of the library for sequencing was determined using the Ion Library TaqMan ™ Quantitation Kit (Thermo Scientific, USA). An additional quality control was electrophoresis. As a result, 2 fragments of ≈360 and 300 nucleotide pairs were identified (Fig. 5).

Подготовка матрицы и загрузка на чип было осуществлено с Ion Chef (Thermo Scientific, США) используя реактивы Ion 520™ & Ion 530™ Kit-Chef (Thermo Scientific, США) и Ion 520™ Chip Kit (Thermo Scientific, США). Секвенирование было произведено на приборе Ion S5 (Thermo Scientific, США).The matrix was prepared and loaded onto the chip with Ion Chef (Thermo Scientific, USA) using the reagents Ion 520 ™ & Ion 530 ™ Kit-Chef (Thermo Scientific, USA) and Ion 520 ™ Chip Kit (Thermo Scientific, USA). Sequencing was performed on an Ion S5 instrument (Thermo Scientific, USA).

Обработка данных последовательностей:Processing sequence data:

Полученные риды были подвержены вторичной обработке, данные секвенирования были отфильтрованы по качеству QV≥20 и были удалены риды длиной менее 200 нуклеотидов. Картирование было произведено на последовательность дикого типа (WT) используя стандартный протокол. Выравнивания представлены на Фиг. 6.The resulting reads were subjected to secondary processing, sequencing data was filtered by QV≥20 quality and reads less than 200 nucleotides in length were removed. Mapping was performed on the wild-type sequence (WT) using a standard protocol. Alignments are shown in FIG. 6.

Пример 7: Количественная оценка эффективности редактирования генома растений.Example 7: Quantification of the effectiveness of editing the genome of plants.

Эффективность редактирования оценивали в эксперименте по редактированию гена коилина после доставки в ткани растений рибонуклеопротеидного комплекса системы CRISPR/Cas, включающего гидовую РНК и нуклеазу Cas9 S. pyogenes в клетки растений Nicotiana benthamiana или Solanum tuberosum. Эффективность оценивалась в процентах как отношение числа отредактированных последовательностей (локусов) (с отредактированным геном коилина) к неотредактированным (имеющим исходную последовательность гена). Для этого из тканей обработанных наночастицами клеток/апикальных меристем/пазушных почек/целых растений выделяется ДНК, после чего проводится, как описано в примере 6, таргетное секвенирование целевого участка ДНК, подвергнутого редактированию. После чего сравнивается число прочтений (нуклеотидных последовательностей), содержащих направленные мутации, с прочтениями, нуклеотидные последовательности которых не содержат подобных мутаций. Отношение числа прочтений, содержащих акты редактирования к общему числу прочтений и дает эффективность геномного редактирования.Editing efficiency was evaluated in the experiment on editing the coilin gene after delivery of the ribonucleoprotein complex of the CRISPR / Cas system to the plant tissue, including the guiding RNA and S. pyogenes nuclease Cas9 into Nicotiana benthamiana or Solanum tuberosum plant cells. Efficiency was estimated as a percentage as the ratio of the number of edited sequences (loci) (with the edited coilin gene) to unedited (having the original gene sequence). To do this, DNA is extracted from the tissues of nanoparticle-treated cells / apical meristems / axillary buds / whole plants, and then, as described in Example 6, targeted sequencing of the target DNA section subjected to editing is carried out. After that, the number of readings (nucleotide sequences) containing directed mutations is compared with readings whose nucleotide sequences do not contain such mutations. The ratio of the number of reads containing editing acts to the total number of reads gives the effectiveness of genomic editing.

При обработке золотыми наночастицами, покрытыми комплексами Cas9-sgRNA, и при вакуумной либо механической инфильтрации комплексами Cas9-sgRNA на хитозановых наночастицах эффективность трансформации находилась в пределах 10-20%. Обработка вакуумной или механической инфильтрацией комплексами Cas9-sgRNA без наночастиц (- контроль) показал эффективность доставки в пределах 0-5%.When processing gold nanoparticles coated with Cas9-sgRNA complexes, and during vacuum or mechanical infiltration with Cas9-sgRNA complexes on chitosan nanoparticles, the transformation efficiency was in the range of 10-20%. Processing by vacuum or mechanical infiltration with Cas9-sgRNA complexes without nanoparticles (- control) showed delivery efficiency in the range of 0-5%.

Пример 8. Геномное редактирование морфогенных каллусов картофеля с помощью инфильтрации хитозановыми наночастицами.Example 8. Genomic editing of morphogenic potato calli using chitosan nanoparticle infiltration.

Для получения морфогенных каллусов и растений-регенерантов стеблевые сегменты (0.5-1.0 см) срезали с растений in vitro картофеля и культивировали в чашках петри 21 день на среде Мурасиге и Скуга, содержащую набор витаминов по Мурасиге и Скуга (2 мг/л glycine, 0.5 мг/л nicotinic acid, 0.5 мг/л pyridoxine НСl, 0.4 мг/л thiamine НСl), 100 мг/л инозитола, 30 г/л сахарозы, 7 г/л агара, рН 5.8, а также фитогормоны Zeatin 3 мг/л, NAA 2 мг/л, GA3 1 мг/л. Экспланты культивировали в условиях освещения (16 часов 40 μmol m-2s1) при 22-25°С. Образовавшиеся морфогенные каллусы отделяли от стеблевых эксплантов (показано на Фиг. 7) и погружали в суспензию частиц. Проводили инфильтрацию хитозановыми наночастицами, с иммобилизованным на их поверхности комплексом Cas9-sgRNA к гену фитоендесатуразы, путем вакуумирования при ~0.9 bar, после чего каллусы переносили на среду для регенерации побегов указанную выше. Через 21 день после инфильтрации каллусы, формирующие побеги (Фиг. 8, А), переносили на свежую среду Мурасиге и Скуга не содержащую фитогормонов (Фиг. 8, Б) для дальнейшего развития и роста побегов и проведения их анализа. Геномное редактирование подтверждалось с помощью Т7Е1-эндонуклеазного теста, который проводился по стандартной методике, описанной на сайте производителя эндонуклеазы (https://www.neb.com/protocols/2014/08/11/determining-genome-targeting-efficiency-using-t7-endonuclease-i). Результаты теста детектировались с помощью электрофореза в агарозном геле. В среднем, один из 10 морфогенных каллусов демонстрировал наличие геномного редактирования в нужном локусе (Фиг. 8).To obtain morphogenic calluses and regenerated plants, stem segments (0.5-1.0 cm) were cut from potato plants in vitro and cultivated in petri dishes for 21 days on Murashige and Skoog medium containing a set of vitamins according to Murashige and Skoog (2 mg / l glycine, 0.5 mg / l nicotinic acid, 0.5 mg / l pyridoxine НСl, 0.4 mg / l thiamine НСl), 100 mg / l inositol, 30 g / l sucrose, 7 g / l agar, pH 5.8, and Zeatin phytohormones 3 mg / l , NAA 2 mg / L, GA 3 1 mg / L. The explants were cultured under lighting conditions (16 hours 40 μmol m -2 s 1 ) at 22-25 ° C. The formed morphogenic calli were separated from stem explants (shown in Fig. 7) and immersed in a suspension of particles. Chitosan nanoparticles were infiltrated with the Cas9-sgRNA complex immobilized on their surface to the phytoendesaturase gene by evacuation at ~ 0.9 bar, after which the calli were transferred to the shoot regeneration medium mentioned above. 21 days after the infiltration, the calli forming shoots (Fig. 8, A) were transferred to fresh Murasige and Skoog medium without phytohormones (Fig. 8, B) for the further development and growth of shoots and their analysis. Genomic editing was confirmed using the T7E1 endonuclease test, which was carried out according to the standard method described on the website of the manufacturer of endonuclease (https://www.neb.com/protocols/2014/08/11/determining-genome-targeting-efficiency-using- t7-endonuclease-i). Test results were detected by agarose gel electrophoresis. On average, one in 10 morphogenic calli demonstrated the presence of genomic editing at the desired locus (Fig. 8).

Claims (21)

1. Способ доставки макромолекул, выбранных из нуклеиновых кислот, белков или нуклеопротеиновых комплексов, в растительную клетку, где способ включает:1. A method for the delivery of macromolecules selected from nucleic acids, proteins or nucleoprotein complexes to a plant cell, where the method includes: обеспечение наличия растительной клетки, имеющей клеточную стенку;ensuring the presence of a plant cell having a cell wall; покрытие поверхности наночастицы хитозана размером 600-800 нм нуклеиновой кислотой, белком или нуклеопротеиновым комплексом;coating the surface of a chitosan nanoparticle with a size of 600-800 nm with a nucleic acid, protein or nucleoprotein complex; приведение растительной клетки, имеющей клеточную стенку, и указанной покрытой наночастицы в контакт друг с другом; иbringing a plant cell having a cell wall and said coated nanoparticle into contact with each other; and обеспечение поглощения указанной наночастицы в растительную клетку, содержащую клеточную стенку.providing absorption of the specified nanoparticles in the plant cell containing the cell wall. 2. Способ по п. 1, в котором покрытие наночастицы включает иммобилизацию макромолекулы за счет нековалентной адсорбции на поверхности наночастицы.2. The method according to p. 1, in which the coating of the nanoparticles includes the immobilization of a macromolecule due to non-covalent adsorption on the surface of the nanoparticles. 3. Способ по п. 1, в котором наночастица является мультифункционализированной наночастицей.3. The method of claim 1, wherein the nanoparticle is a multifunctionalized nanoparticle. 4. Способ по п. 1, который дополнительно включает поглощение макромолекулы внутрь наночастицы.4. The method of claim 1, further comprising absorbing the macromolecule into the nanoparticle. 5. Способ по любому из пп. 1-4, который дополнительно включает обеспечение поглощения наночастицы компартментом растительной клетки.5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, which further includes providing the absorption of the nanoparticle compartment of the plant cell. 6. Способ по любому из пп. 1-4, который дополнительно включает покрытие наночастицы пептидом, проникающим в клетку, и/или белком, обеспечивающим направленную доставку в субклеточный компартмент.6. The method according to any one of paragraphs. 1-4, which further includes coating the nanoparticle with a peptide penetrating the cell and / or a protein that provides targeted delivery to the subcellular compartment. 7. Способ по любому из пп. 1-6, где наночастицы вводят в растительную клетку с помощью макроинъекции, биолистики или вакуумирования.7. The method according to any one of paragraphs. 1-6, where the nanoparticles are introduced into the plant cell using macroinjection, biolistics or vacuum. 8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором наночастицы используют для доставки в клетку РНК, ДНК и рибонуклеиновых комплексов.8. The method according to any one of paragraphs. 1-7, in which the nanoparticles are used for delivery to the cell of RNA, DNA and ribonucleic complexes. 9. Способ по п. 8, где РНК выбрана из тРНК, гидовой РНК, субгеномной РНК.9. The method according to p. 8, where the RNA is selected from tRNA, guide RNA, subgenomic RNA. 10. Способ по п. 8, где рибонуклеиновые комплексы относятся к системе CRISPR-Cas.10. The method according to p. 8, where the ribonucleic complexes are related to the CRISPR-Cas system. 11. Способ по п. 8, где рибонуклеиновый комплекс содержит нуклеазу Cas9 совместно с гидовой РНК.11. The method of claim 8, wherein the ribonucleic complex comprises Cas9 nuclease in association with guiding RNA. 12. Способ по любому из пп. 1-11, который дополнительно включает отбор редактированных клеток.12. The method according to any one of paragraphs. 1-11, which further includes the selection of edited cells. 13. Способ по п. 12, в котором отобранные клетки являются регенерируемыми клетками.13. The method according to p. 12, in which the selected cells are regenerable cells. 14. Способ по п. 12, где отбор проводят с использованием методов генетического анализа.14. The method according to p. 12, where the selection is carried out using genetic analysis methods. 15. Способ по п. 12, где отбор проводят с помощью методов ПЦР-РВ и/или секвенирования.15. The method according to p. 12, where the selection is carried out using PCR-RV and / or sequencing methods. 16. Способ по любому из пп. 1-15, где доставка осуществляется в растительную ткань, выбранную из меристем, морфогенного каллуса, пазушных почек, эксплантов, зародышей, каллуса, пыльцы, листьев, пыльников, корней, корневых кончиков, цветков, семян, стручков и стеблей.16. The method according to any one of paragraphs. 1-15, where delivery is carried out in plant tissue selected from meristems, morphogenic callus, axillary buds, explants, embryos, callus, pollen, leaves, anthers, roots, root tips, flowers, seeds, pods and stems. 17. Способ по любому из пп. 1-16, где дополнительно применяют предварительную обработку растительного материала инкубацией с растворами с повышенными осмотическими свойствами.17. The method according to any one of paragraphs. 1-16, where the pretreatment of plant material is additionally applied by incubation with solutions with enhanced osmotic properties.
RU2017124849A 2017-07-12 2017-07-12 Method of delivering biologically active macromolecules into the cells of plants RU2663347C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017124849A RU2663347C1 (en) 2017-07-12 2017-07-12 Method of delivering biologically active macromolecules into the cells of plants

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017124849A RU2663347C1 (en) 2017-07-12 2017-07-12 Method of delivering biologically active macromolecules into the cells of plants

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2663347C1 true RU2663347C1 (en) 2018-08-03

Family

ID=63142553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017124849A RU2663347C1 (en) 2017-07-12 2017-07-12 Method of delivering biologically active macromolecules into the cells of plants

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2663347C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220298518A1 (en) * 2019-09-10 2022-09-22 Kaneka Corporation Plant modification method using axillary bud meristem

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016094159A1 (en) * 2014-12-12 2016-06-16 Syngenta Participations Ag Compositions and methods for controlling plant pests
RU2612156C2 (en) * 2009-04-07 2017-03-02 ДАУ АГРОСАЙЕНСИЗ ЭлЭлСи Nanoparticles mediated delivery of sequence-specific nucleases

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2612156C2 (en) * 2009-04-07 2017-03-02 ДАУ АГРОСАЙЕНСИЗ ЭлЭлСи Nanoparticles mediated delivery of sequence-specific nucleases
WO2016094159A1 (en) * 2014-12-12 2016-06-16 Syngenta Participations Ag Compositions and methods for controlling plant pests

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ABDEL-RAZIK A.B. et al., Transformation of Thionin Genes Using Chitosan Nanoparticle into Potato Plant to Be Resistant to Fungal Infection, IOSR Journal of Biotechnology and Biochemistry (IOSR-JBB), May. - June. 2017, Vol. 3, Issue 3, PP 01-13. *
ABDEL-RAZIK A.B. et al., Transformation of Thionin Genes Using Chitosan Nanoparticle into Potato Plant to Be Resistant to Fungal Infection, IOSR Journal of Biotechnology and Biochemistry (IOSR-JBB), May. - June. 2017, Vol. 3, Issue 3, PP 01-13. QIONG WANG et al., Establishment of a suspension cell system for transformation of Jatropha curcas using nanoparticles, Advanced Materials Research, 2012, Vol. 608-609, pp. 314-319. *
QIONG WANG et al., Establishment of a suspension cell system for transformation of Jatropha curcas using nanoparticles, Advanced Materials Research, 2012, Vol. 608-609, pp. 314-319. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220298518A1 (en) * 2019-09-10 2022-09-22 Kaneka Corporation Plant modification method using axillary bud meristem

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11624071B2 (en) Method of creating a plurality of targeted insertions in a plant cell
RU2485180C2 (en) Method of transfection and transduction of plant cells
AU2017355507B2 (en) Novel plant cells, plants, and seeds
US7132289B2 (en) Method for introducing foreign matters into living cells
CN109153988B (en) Method for editing genome of plant
AU2016239037A1 (en) Method of applying non-genetic substance to perform site-directed reform of plant genome
EP3728577A1 (en) Plant gene editing systems, methods, and compositions
EP3392339A1 (en) Improved genome editing in plant cells
Mahmoud et al. A cationic lipid mediated CRISPR/Cas9 technique for the production of stable genome edited citrus plants
KR20210049137A (en) Methods and compositions for transformation of plants
EP3563673A1 (en) Method for introducing substance into plant
Vats et al. Opportunity and challenges for nanotechnology application for genome editing in plants
JP2018504133A (en) Plastid transformation method
RU2663347C1 (en) Method of delivering biologically active macromolecules into the cells of plants
CN112384063A (en) Methods for regeneration and transformation of cannabis
Kikkert et al. Genetic engineering of grapevine (Vitis sp.) for enhancement of disease resistance
US20200392525A1 (en) Compositions and methods for delivery of nucleic acid to plant cells
WO2017165724A1 (en) Introducing dna into organisms for transient expression
WO2021054407A1 (en) Introduction device, method for cellular introduction of macromolecule, dna nanoparticle crystal, and method for producing dna nanoparticle crystal inclusion body
US11499158B2 (en) Method for modifying plant
Khanna et al. Nanotechnology and CRISPR/Cas9 system for sustainable agriculture
CN116368230A (en) Method for producing genome-edited plants
JP3780333B2 (en) A novel method for introducing foreign genetic material or physiologically active substance into cells
WO2019150200A2 (en) Dna free crispr plant transformation
Miyamoto et al. Advancing Biomolecule Delivery in Plants: Harnessing Synthetic Nanocarriers to Overcome Multiscale Barriers for Cutting-Edge Plant Bioengineering

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Altering the group of invention authors

Effective date: 20181004

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190304

Effective date: 20190304