植物バイオエンジニアリングを革新するロボットラボ(CABBI Team Deploys Robotic Lab to Revolutionize Plant Bioengineering)

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2025-04-11 イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校

イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の先進バイオエネルギー・バイオ製品革新センター(CABBI)は、植物バイオエンジニアリングを加速するロボット実験室「FAST-PB(Fast, Automated, Scalable, High-Throughput Pipeline)」を開発しました。このバイオファウンドリーは、ロボティクス、コンピューター支援設計、情報学を統合し、植物細胞や全植物の油分生産を増加させるなどの成果を上げています。従来の育種法では数年を要していた作業が、FAST-PBにより迅速かつ効率的に行えるようになり、光合成の最適化やゲノム編集、代謝工学の進展が期待されています。CABBIの共同研究者であるマシュー・ハドソン教授は、「ロボットを活用した植物バイオエンジニアリングは、より優れたバイオエネルギー作物の迅速な開発を可能にする」と述べています。

<関連情報>

自動化されたハイスループット・ゲノム・エンジニアリングと表現型解析による植物細胞における脂質生産の向上 Enhancing lipid production in plant cells through automated high-throughput genome engineering and phenotyping

Jia Dong, Seth W Croslow, Stephan T Lane, Daniel C Castro, Jantana Blanford, Shuaizhen Zhou, Kiyoul Park, Steven Burgess, Mike Root, Edgar B Cahoon …
The Plant Cell  Published::03 February 2025
DOI:https://doi.org/10.1093/plcell/koaf026

Abstract

Plant bioengineering is a time-consuming and labor-intensive process with no guarantee of achieving desired traits. Here, we present a fast, automated, scalable, high-throughput pipeline for plant bioengineering (FAST-PB) in maize (Zea mays) and Nicotiana benthamiana. FAST-PB enables genome editing and product characterization by integrating automated biofoundry engineering of callus and protoplast cells with single-cell matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-MS). We first demonstrated that FAST-PB could streamline Golden Gate cloning, with the capacity to construct 96 vectors in parallel. Using FAST-PB in protoplasts, we found that PEG2050 increased transfection efficiency by over 45%. For proof-of-concept, we established a reporter-gene-free method for CRISPR editing and phenotyping via mutation of high chlorophyll fluorescence 136. We show that diverse lipids were enhanced up to 6-fold using CRISPR activation of lipid controlling genes. In callus cells, an automated transformation platform was employed to regenerate plants with enhanced lipid traits through introducing multigene cassettes. Lastly, FAST-PB enabled high-throughput single-cell lipid profiling by integrating MALDI-MS with the biofoundry, protoplast, and callus cells, differentiating engineered and unengineered cells using single-cell lipidomics. These innovations massively increase the throughput of synthetic biology, genome editing, and metabolic engineering and change what is possible using single-cell metabolomics in plants.

生物工学一般
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