Abordagem de magnetofecção para a transformação de quiabo usando nanopartículas de ferro verde

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 16568 (2022) Citar este artigo

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A mudança climática, a resistência a pesticidas e a necessidade de desenvolver novas variedades de plantas estimularam os biotecnólogos a encontrar novas soluções para a produção de plantas transgênicas. Na última década, os cientistas estão trabalhando em nanopartículas metálicas verdes para desenvolver sistemas de entrega de DNA para plantas. No presente estudo, as nanopartículas de ferro verde foram sintetizadas usando extrato de folhas de Camellia sinensis (chá verde) e cloreto de ferro (FeCl3), a caracterização e confirmação foram feitas usando espectroscopia UV-VIS, FTIR, SEM e TEM. Usando essas nanopartículas, um novo método de transformação de genes em plantas de quiabo foi desenvolvido, com uma combinação de diferentes fatores de magnetofecção. A eficiência máxima de transformação gênica foi observada na proporção de DNA para nanopartículas de ferro de 1:20, por rotação da mistura (DNA plasmidial, nanopartículas de ferro e embrião de semente) a 800 rpm por 5 h. Usando esta abordagem, a transformação do gene GFP (green fluorescent protein) foi realizada com sucesso em Abelmoschus esculentus (Quiabo). A transformação do DNA foi confirmada pela observação da expressão do transgene GFP via Laser Scanning Confocal Microscope (LSCM) e PCR. Este método é altamente econômico, adaptável, independente do genótipo, ecologicamente correto e também economiza tempo. Inferimos que esta abordagem pode ser uma solução potencial para combater os desafios de rendimento e imunidade das plantas contra patógenos.

O avanço da medicina e o amplo uso de drogas desenvolveram resistência em patógenos humanos e vegetais. Portanto, há uma necessidade de desenvolver novas variedades de culturas transgênicas que possam se sustentar nas mudanças climáticas e resistir ao ataque de patógenos. No entanto, requer um método preciso que possa fornecer DNA estranho às plantas com sucesso. Nesse sentido, ao longo do século XIX, muitos métodos de transformação genética foram desenvolvidos, como o método biolístico (gene gun)1, eletroporação2, sonoporação3, transfecção4, magnetofecção5, fusão de protoplastos6, microinjeção7, infiltração a vácuo8 e transformação mediada por Agrobacterium9, etc. Todo método de transformação genética, seja o método químico, físico ou biológico, tem certas limitações10. Por exemplo, a eletroporação pode danificar o DNA ou fazer com que ele perca sua integridade11. Da mesma forma, a transformação mediada por Agrobacterium não é um método alvo específico12. Todas essas limitações levaram os biólogos a propor novas soluções para a entrega de DNA.

Em todo o mundo, há grandes preocupações em relação à avaliação de risco ambiental de diferentes plantas geneticamente modificadas13. Portanto, é importante avançar para as técnicas que apresentam risco mínimo. Desde a última década, as nanopartículas de ferro verde (GINPs) estão sendo sintetizadas e utilizadas em diferentes campos, como medicina, atividade antimicrobiana, controle de poluição e degradação de corantes azóicos, etc.14,15,16,17. A síntese verde é um método alternativo aos métodos químicos e físicos, pois oferece benefícios econômicos e ambientais18. No entanto, seu uso na transformação de genes para o tratamento de doenças humanas é bastante recente19. Os GINPs têm a capacidade de ligação ao DNA que pode ser usada para desenvolver sistemas de entrega de DNA20,21. De fato, este sistema utiliza a técnica de magnetofecção para transformação de genes nas plantas, bem como em células tumorais22.

Recentemente, extratos de plantas são amplamente utilizados na síntese de GINPs que conferem maior estabilidade às nanopartículas metálicas23. Valentim V. et al. em seu estudo da biossíntese de nanopartículas de óxido de ferro, sugeriram que a presença de ácidos orgânicos (como os ácidos cítrico ou oxálico) auxilia principalmente na estabilização das nanopartículas de ferro e plantas que possuem esses ácidos orgânicos podem produzir nanopartículas de ferro altamente estáveis24. Muitos compostos orgânicos (como flavonoides, alcaloides, saponinas, etc.) estão presentes em extratos vegetais que conferem maior solubilidade e compatibilidade aos GINPs25. Além destes, os GINPs reduzem o risco de toxicidade ambiental; pois o revestimento de partículas metálicas com outros polímeros não biodegradáveis ​​pode ser prejudicial26. Assim, as nanopartículas metálicas preparadas com extrato vegetal e usadas como sistema de entrega de DNA em plantas são muito mais eficientes em comparação com as nanopartículas magnéticas (MNPs) preparadas com polímeros sintéticos.