Des scientifiques du Laboratoire National d'Oak Ridge (ORNL) ont développé une technologie de biocapteur qui permet la visualisation et le suivi en temps réel de l'activité de l'acide ribonucléique (ARN) au sein des cellules végétales vivantes. Cette méthode innovante combine une technique d'épissage moléculaire avec une protéine marqueur fluorescente.
Cette nouvelle approche permet aux chercheurs de détecter et de surveiller les changements dans l'ARN et l'expression des gènes en temps réel. Elle fournit un outil précieux pour améliorer les cultures bioénergétiques et alimentaires, et pour identifier les modifications indésirables des plantes, les agents pathogènes et les parasites. L'ARN, une molécule de signalisation, traduit le code de l'ADN en composants fonctionnels tels que les protéines, qui sont essentiels à la croissance des plantes et à leur réponse au stress.
Le biocapteur développé par l'ORNL surveille en continu les niveaux d'ARN dans les plantes vivantes, remplaçant ainsi la méthode traditionnelle de collecte, de traitement et d'analyse des tissus. Selon Xiaohan Yang, chef de projet à l'ORNL, le biocapteur offre "des informations en temps réel sur la façon dont les cellules se reprogramment au niveau moléculaire dans des conditions environnementales changeantes telles que la sécheresse ou la maladie."
Le biocapteur fonctionne en divisant un ribozyme - une molécule d'ARN qui catalyse l'épissage de l'ARN - en deux parties inactives. Ces parties sont ensuite attachées à des séquences d'ARN guide qui se lient à une cible d'ARN spécifique à l'intérieur de la cellule végétale. Lorsque l'ARN guide trouve sa cible, les morceaux de ribozyme se rejoignent, activant une protéine rapporteur qui produit une fluorescence visible. Cette fluorescence indique l'emplacement et l'abondance de l'ARN. La fonctionnalité du biocapteur a été démontrée en détectant un virus infectant une plante de tabac et en révélant l'activité génique chez *Arabidopsis*. Le système peut détecter l'activité génique des cellules individuelles au niveau des tissus dans toute la plante, y compris les feuilles, les racines, les fleurs et les tiges.
Paul Abraham, co-auteur et responsable du DOE Secure Ecosystem Engineering and Design Science Focus Area (SEED SFA), a noté l'utilité du biocapteur pour observer quand et où une plante commence à se reprogrammer en réponse à des conditions telles que la sécheresse. Jerry Tuskan, co-auteur et directeur du DOE Center for Bioenergy Innovation, a ajouté que la polyvalence du biocapteur s'étend de l'amélioration de la génomique fonctionnelle à des applications pratiques telles que le criblage des performances des plantes pour la détection précoce des agents pathogènes ou d'autres réponses au stress.
Le travail de l'ORNL vise à favoriser les innovations pour des carburants, des produits chimiques et des matériaux nationaux, abordables et biosourcés, en s'appuyant sur son histoire de recherche biologique et génétique. Paul Langan, directeur adjoint du laboratoire, a souligné que la découverte de l'ARN messager est née avec les biologistes et les chimistes de l'ORNL dans les années 1950. Le projet a reçu le soutien du SEED SFA et du Center for Bioenergy Innovation, avec un financement du programme de recherche biologique et environnementale du Bureau des sciences du DOE.