オークリッジ国立研究所（ORNL）の科学者たちは、生きた植物細胞内のリボ核酸（RNA）の活性を可視化し、リアルタイムで追跡できるバイオセンサー技術を開発しました。この革新的な方法は、分子スプライシング技術と蛍光マーカータンパク質を組み合わせています。
この新しいアプローチにより、研究者はRNAと遺伝子発現の変化をリアルタイムで検出および監視できます。バイオエネルギー作物や食料作物の改善、望ましくない植物の改変、病原体、害虫の特定に役立つ貴重なツールを提供します。シグナル伝達分子であるRNAは、DNAコードを植物の成長とストレス応答に不可欠なタンパク質などの機能的構成要素に変換します。
ORNLが開発したバイオセンサーは、生きた植物のRNAレベルを継続的に監視し、従来の組織の収集、処理、分析の方法に取って代わります。ORNLのプロジェクトリーダーであるXiaohan Yang氏によると、バイオセンサーは「干ばつや病気などの変化する環境条件下で、細胞が分子レベルでどのように自己を再プログラムするかについてのリアルタイムの洞察」を提供します。
バイオセンサーは、RNAスプライシングを触媒するRNA分子であるリボザイムを2つの不活性な部分に分割することによって機能します。これらの部分は、植物細胞内の特定のRNAターゲットに結合するガイドRNA配列に取り付けられます。ガイドRNAがターゲットを見つけると、リボザイムの断片が再結合し、目に見える蛍光を生成するレポータータンパク質を活性化します。この蛍光は、RNAの位置と存在量を示します。バイオセンサーの機能は、タバコ植物に感染するウイルスの検出と、*シロイヌナズナ*での遺伝子活性の解明によって実証されました。このシステムは、葉、根、花、茎など、植物全体の個々の細胞から組織レベルまでの遺伝子活性を検出できます。
共著者であり、DOE Secure Ecosystem Engineering and Design Science Focus Area（SEED SFA）のマネージャーであるPaul Abraham氏は、干ばつなどの条件に応じて植物がいつどこで自己を再プログラムし始めるかを観察する上でのバイオセンサーの有用性を指摘しました。共著者であり、DOEバイオエネルギーイノベーションセンターのディレクターであるJerry Tuskan氏は、バイオセンサーの汎用性は、改善された機能ゲノミクスから、病原体やその他のストレス応答の早期検出のための植物パフォーマンスのスクリーニングなどの実用的なアプリケーションまで広がっていると付け加えました。
ORNLの取り組みは、生物学的および遺伝学的研究の歴史に基づいて、国内の、手頃な価格のバイオベースの燃料、化学物質、材料のイノベーションを促進することを目的としています。副研究所長のPaul Langan氏は、メッセンジャーRNAの発見は、1950年代にORNLの生物学者と化学者から始まったことを強調しました。このプロジェクトは、SEED SFAとバイオエネルギーイノベーションセンターから支援を受け、DOE科学局生物学的および環境研究プログラムからの資金提供を受けています。