日本理化學研究所可持續資源科學中心（CSRS）的研究人員已經開發出一種改善作物質量的方法，而不需要創造特殊的轉基因植物。這種新技術不是改變植物基因組，而是依靠一種噴霧，通過植物的葉片將生物活性分子引入植物細胞。這項新技術可用於幫助作物抵禦害蟲或變得更耐旱，操作時間更短，成本更低。該研究報告發表在科學雜誌ACS Nano上。

技術允許我們直接改變基因組並創造轉基因生物（GMOs），包括轉基因食品。然而，製造轉基因植物需要時間、金錢，並且仍然沒有獲得廣泛的公眾支持。由Masaki Odahara領導的理化學研究所CSRS研究人員已經開發出一種可以克服這些問題的轉基因食品的替代方案。例如，與其改變植物的基因組，使其不表達某種特定的基因，不如通過在植物中插入一種特定的生物活性化合物，在短時間內抑制同一基因。在這種情況下，生物活性化合物被一種能夠穿透植物細胞壁的載體帶入植物的細胞。

有證據表明，該系統可用於沉默番茄的基因。將多肽載體（左）、干擾RNA（中）或包含兩者的複合物（右）噴灑在番茄植物的葉片上。番茄植物被設計為過度表達一種綠色熒光蛋白。當使用RNA/CPP複合物時，沒有綠色熒光，表明驅動綠色熒光蛋白表達的基因被沉默了。雖然這個概念可能很簡單，但要實現它卻是一個挑戰。除了設計一種將生物活性分子引入植物的方法外，我們還必須考慮一種在實際農業條件下對栽培作物實用的傳遞方法。該團隊得出結論，最好的方法是通過噴霧，可以相對容易地部署在大面積的田地上。

許多類型的納米粒子可以穿透植物細胞。研究人員專注於細胞穿透肽（CPPs），因為它們也可以針對植物細胞內的特定結構，如葉綠體。第一個挑戰是確定哪些CPPs在使用噴霧時是最好的。他們用熒光黃標記天然和合成的CPPs，將它們噴灑在植物葉片上，並在不同的時間點用共焦激光掃描顯微鏡測量葉片中的熒光量。在典型的實驗室擬南芥以及幾種類型的大豆和番茄中執行這一程序後，他們發現有幾種天然CPPs能夠滲透到葉片外層，在某些情況下甚至更深。

進一步的實驗表明，當質粒DNA附著在CPPs上時，這種技術效果很好，而且分析表明，基因在通過水基噴霧被帶入細胞後，在A. thaliana和大豆的葉片中得到有效表達。研究人員還發現，通過在噴霧溶液中加入其他生物分子和納米結構，他們可以暫時增加葉片中的孔隙數量，從而增加植物對噴霧的吸收程度。通常，作物產量可以通過插入或敲除基因來提高。在創建了一種在葉片中過度表達黃色熒光的轉基因植物後，該團隊將乾擾熒光蛋白表達的RNA連接到CPP上。正如所希望的那樣，用這種複合物噴灑葉子可以抑制黃色熒光的表達。這一結果至關重要，因為重要的是，任何替代基因修飾的方法都能實現同樣的功能結果。