High aspect ratio nanomaterials enable delivery of functional genetic material without DNA integration in mature plants

烟草 纳米技术 生物分子 转基因 核酸酶 纳米材料 转基因作物 材料科学 DNA 生物 生物技术 生物化学 基因
作者
Gözde S. Demirer,Huan Zhang,Juliana L. Matos,Natalie S. Goh,F. J. Cunningham,Younghun Sung,R. Chang,Abhishek Aditham,Linda Chio,Myeong‐Je Cho,Brian J. Staskawicz,Markita P. Landry
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Springer Nature]
卷期号:14 (5): 456-464 被引量:452
标识
DOI:10.1038/s41565-019-0382-5
摘要

Genetic engineering of plants is at the core of sustainability efforts, natural product synthesis and crop engineering. The plant cell wall is a barrier that limits the ease and throughput of exogenous biomolecule delivery to plants. Current delivery methods either suffer from host-range limitations, low transformation efficiencies, tissue damage or unavoidable DNA integration into the host genome. Here, we demonstrate efficient diffusion-based biomolecule delivery into intact plants of several species with pristine and chemically functionalized high aspect ratio nanomaterials. Efficient DNA delivery and strong protein expression without transgene integration is accomplished in Nicotiana benthamiana (Nb), Eruca sativa (arugula), Triticum aestivum (wheat) and Gossypium hirsutum (cotton) leaves and arugula protoplasts. We find that nanomaterials not only facilitate biomolecule transport into plant cells but also protect polynucleotides from nuclease degradation. Our work provides a tool for species-independent and passive delivery of genetic material, without transgene integration, into plant cells for diverse biotechnology applications.
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