Вчені з Окриджської національної лабораторії (ORNL) розробили технологію біосенсорів, яка дозволяє візуалізувати та відстежувати в режимі реального часу активність рибонуклеїнової кислоти (РНК) в живих рослинних клітинах. Цей інноваційний метод поєднує в собі техніку молекулярного сплайсингу з флуоресцентним маркерним білком.
Цей новий підхід дозволяє дослідникам виявляти та контролювати зміни в експресії РНК та генів у режимі реального часу. Він надає цінний інструмент для покращення біоенергетики та продовольчих культур, а також для ідентифікації небажаних модифікацій рослин, патогенів та шкідників. РНК, сигнальна молекула, перетворює код ДНК на функціональні компоненти, такі як білки, які мають вирішальне значення для росту рослин та реакції на стрес.
Розроблений ORNL біосенсор постійно контролює рівень РНК у живих рослинах, замінюючи традиційний метод збору, обробки та аналізу тканин. За словами Xiaohan Yang, керівника проекту в ORNL, біосенсор пропонує «в режимі реального часу уявлення про те, як клітини перепрограмують себе на молекулярному рівні в умовах мінливих умов навколишнього середовища, таких як посуха або хвороба».
Біосенсор працює шляхом розщеплення рибозиму — молекули РНК, яка каталізує сплайсинг РНК — на дві неактивні частини. Потім ці частини прикріплюються до направляючих послідовностей РНК, які зв’язуються з певною ціллю РНК всередині рослинної клітини. Коли направляюча РНК знаходить свою ціль, фрагменти рибозиму знову з’єднуються, активуючи репортерний білок, який виробляє видиму флуоресценцію. Ця флуоресценція вказує на місцезнаходження та кількість РНК. Функціональність біосенсора була продемонстрована шляхом виявлення вірусу, що заражає рослину тютюну, і шляхом виявлення активності генів в *Arabidopsis*. Система може виявляти активність генів від окремих клітин до рівня тканини по всій рослині, включаючи листя, коріння, квіти та стебла.
Пол Абрахам, співавтор і менеджер DOE Secure Ecosystem Engineering and Design Science Focus Area (SEED SFA), зазначив корисність біосенсора для спостереження за тим, коли і де рослина починає перепрограмувати себе у відповідь на такі умови, як посуха. Джеррі Тускан, співавтор і директор Центру біоенергетичних інновацій DOE, додав, що універсальність біосенсора поширюється від покращеної функціональної геноміки до практичних застосувань, таких як скринінг продуктивності рослин для раннього виявлення патогенів або інших реакцій на стрес.
Робота ORNL спрямована на сприяння інноваціям для вітчизняного, доступного біопалива, хімікатів і матеріалів на основі біологічної сировини, спираючись на історію біологічних і генетичних досліджень. Пол Ланган, заступник директора лабораторії, підкреслив, що відкриття месенджерної РНК (мРНК) бере свій початок у біологів і хіміків ORNL у 1950-х роках. Проект отримав підтримку від SEED SFA та Центру біоенергетичних інновацій, фінансування від Програми біологічних і екологічних досліджень Управління науки DOE.