Ученые из Окриджской национальной лаборатории (ORNL) разработали технологию биосенсора, которая позволяет визуализировать и отслеживать в режиме реального времени активность рибонуклеиновой кислоты (РНК) внутри живых растительных клеток. Этот инновационный метод сочетает в себе технику молекулярного сплайсинга с флуоресцентным маркерным белком.
Этот новый подход позволяет исследователям обнаруживать и отслеживать изменения в РНК и экспрессии генов в режиме реального времени. Он предоставляет ценный инструмент для улучшения биоэнергетических и продовольственных культур и выявления нежелательных модификаций растений, патогенов и вредителей. РНК, сигнальная молекула, переводит код ДНК в функциональные компоненты, такие как белки, которые имеют решающее значение для роста растений и реакции на стресс.
Разработанный ORNL биосенсор непрерывно отслеживает уровни РНК в живых растениях, заменяя традиционный метод сбора, обработки и анализа тканей. По словам Сяоханя Янга, руководителя проекта в ORNL, биосенсор предлагает "в режиме реального времени понимание того, как клетки перепрограммируют себя на молекулярном уровне в изменяющихся условиях окружающей среды, таких как засуха или болезнь".
Биосенсор работает путем разделения рибозима - молекулы РНК, которая катализирует сплайсинг РНК - на две неактивные части. Затем эти части прикрепляются к направляющим последовательностям РНК, которые связываются с определенной мишенью РНК внутри растительной клетки. Когда направляющая РНК находит свою мишень, части рибозима воссоединяются, активируя репортерный белок, который производит видимую флуоресценцию. Эта флуоресценция указывает на местоположение и обилие РНК. Функциональность биосенсора была продемонстрирована путем обнаружения вируса, заражающего растение табака, и путем выявления активности генов у *Arabidopsis*. Система может обнаруживать активность генов от отдельных клеток до уровня тканей по всему растению, включая листья, корни, цветы и стебли.
Пол Абрахам, соавтор и руководитель области фокусировки науки о проектировании и проектировании безопасных экосистем (SEED SFA) Министерства энергетики США, отметил полезность биосенсора для наблюдения за тем, когда и где растение начинает перепрограммировать себя в ответ на такие условия, как засуха. Джерри Тускан, соавтор и директор Центра инноваций в области биоэнергетики Министерства энергетики США, добавил, что универсальность биосенсора распространяется от улучшенной функциональной геномики до практических применений, таких как скрининг производительности растений для раннего выявления патогенов или других реакций на стресс.
Работа ORNL направлена на содействие инновациям в области отечественного, доступного биотоплива, химикатов и материалов на биологической основе, опираясь на свою историю биологических и генетических исследований. Пол Ланган, заместитель директора лаборатории, подчеркнул, что открытие мессенджерной РНК произошло с биологами и химиками ORNL в 1950-х годах. Проект получил поддержку от SEED SFA и Центра инноваций в области биоэнергетики при финансировании от программы биологических и экологических исследований Управления науки Министерства энергетики США.