Зелёный гигант — крошечный геном хлоропласта с огромной способностью к продукции высокоценных белков: история и филогения

Свободноживущие цианобактерии были захвачены эукариотическими клетками около 2 млрд лет назад, что в конечном счёте привело к возникновению хлоропластов. После столетия споров наличие ДНК хлоропластов было доказано в 1960-х годах. Первые геномы хлоропластов были секвенированы в 1980-х годах, а за последние три десятилетия были получены около 100 геномов хлоропластов овощных, плодовых, зерновых, напиточных, масличных культур и культур для производства крахмала и сахара. В конце 1980-х годов чужеродные гены начали экспрессировать в изолированных хлоропластах или интактных растительных клетках, а в 1990-х годах было показано их стабильное встраивание в геномы хлоропластов, при этом обычно отмечалось материнское наследование. С тех пор геномы хлоропластов обеспечивали самые высокие из описанных уровней толерантности или устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам. Хотя вывести на рынок продукты с агрономически значимыми признаками для важных культур на этой основе пока не удалось, были разработаны коммерческие продукты, включая ферменты, используемые в повседневной жизни — от переработки фруктовых соков до повышения водоудерживающей способности хлопкового волокна или удаления пятен в составе стиральных средств и красителей в текстильной промышленности. Последовательности геномов пластид раскрыли основу филогении зелёных растений, а также сложную историю событий переноса геномов пластид к другим эукариотам. Несогласованные исторические сигналы среди генов пластид указывают на возможные различия в ограничениях, действующих на пластом, и дальнейшее изучение и ослабление этих ограничений может открыть новые возможности для биоинженерии. В этом обзоре прослежены эволюционная история хлоропластов, состояние их автономности и недавние достижения в создании продуктов для повседневного использования или тех, что уже продвинуты в клинику, включая лечение пациентов с COVID-19 и вакцину против SARS-CoV-2.