Wetenschappers van Oak Ridge National Laboratory (ORNL) hebben een biosensortechnologie ontwikkeld die de visualisatie en real-time tracking van ribonucleïnezuur (RNA)-activiteit in levende plantencellen mogelijk maakt. Deze innovatieve methode combineert een moleculaire splicingtechniek met een fluorescerend markerproteïne.
Deze nieuwe aanpak stelt onderzoekers in staat om veranderingen in RNA- en genexpressie in real-time te detecteren en te monitoren. Het biedt een waardevol hulpmiddel voor het verbeteren van bio-energie en voedselgewassen en het identificeren van ongewenste plantmodificaties, pathogenen en plagen. RNA, een signaalmolecuul, vertaalt DNA-code in functionele componenten zoals eiwitten, die cruciaal zijn voor plantengroei en stressrespons.
De door ORNL ontwikkelde biosensor bewaakt continu de RNA-niveaus in levende planten, ter vervanging van de traditionele methode van weefselverzameling, -verwerking en -analyse. Volgens Xiaohan Yang, de projectleider bij ORNL, biedt de biosensor "real-time inzicht in hoe cellen zichzelf herprogrammeren op moleculair niveau onder veranderende omgevingsomstandigheden zoals droogte of ziekte".
De biosensor werkt door een ribozym - een RNA-molecuul dat RNA-splicing katalyseert - in twee inactieve delen te splitsen. Deze delen worden vervolgens bevestigd aan geleide-RNA-sequenties die binden aan een specifiek RNA-doelwit in de plantencel. Wanneer het geleide-RNA zijn doelwit vindt, voegen de ribozymstukken zich weer samen, waardoor een reporterproteïne wordt geactiveerd dat zichtbare fluorescentie produceert. Deze fluorescentie geeft de locatie en overvloed van het RNA aan. De functionaliteit van de biosensor werd aangetoond door een virus te detecteren dat een tabaksplant infecteerde en door genactiviteit in *Arabidopsis* te onthullen. Het systeem kan genactiviteit detecteren van individuele cellen tot het weefselniveau in de hele plant, inclusief bladeren, wortels, bloemen en stengels.
Paul Abraham, co-auteur en manager van de DOE Secure Ecosystem Engineering and Design Science Focus Area (SEED SFA), merkte het nut van de biosensor op bij het observeren wanneer en waar een plant zichzelf begint te herprogrammeren in reactie op omstandigheden zoals droogte. Jerry Tuskan, co-auteur en directeur van het DOE Center for Bioenergy Innovation, voegde eraan toe dat de veelzijdigheid van de biosensor zich uitstrekt van verbeterde functionele genomica tot praktische toepassingen, zoals het screenen van plantprestaties voor vroege detectie van pathogenen of andere stressreacties.
Het werk van ORNL is gericht op het bevorderen van innovaties voor binnenlandse, betaalbare bio-gebaseerde brandstoffen, chemicaliën en materialen, voortbouwend op zijn geschiedenis van biologisch en genetisch onderzoek. Paul Langan, associate laboratory director, benadrukte dat de ontdekking van messenger-RNA zijn oorsprong vond bij ORNL-biologen en -chemici in de jaren 1950. Het project ontving steun van de SEED SFA en het Center for Bioenergy Innovation, met financiering van het DOE Office of Science Biological and Environmental Research program.