植物RNAのリアルタイム観察を可能にする新しいバイオセンサー(Novel Biosensor Illuminates Plant RNA in Real-Time)

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2025-04-03 オークリッジ国立研究所 (ORNL)

オークリッジ国立研究所(ORNL)の科学者たちは、植物細胞内のリボ核酸(RNA)をリアルタイムで検出・追跡できる新しいバイオセンサーを開発しました。この技術は、従来の破壊的で時間のかかる手法に代わり、生きた植物内でのRNAと遺伝子発現の変化を可視化します。研究チームは、リボザイムと呼ばれるRNA分子を二つの不活性部分に分割し、特定のRNAターゲットに結合するガイドRNA配列を付加。ターゲットRNAが検出されると、リボザイムが再結合して活性化し、蛍光シグナルを発するレポータープロテインを生成します。このバイオセンサーは、タバコ植物のウイルス感染検出や、シロイヌナズナの遺伝子発現のオン・オフ状態の可視化に成功し、葉、根、花、茎など、植物全体のさまざまな部位での遺伝子活動を検出できます。この技術により、干ばつや病害などの環境ストレスに対する植物の分子レベルでの応答をリアルタイムで把握でき、より強靭なバイオエネルギー作物や食用作物の開発、さらには望ましくない遺伝子変異、病原体、害虫の早期検出に寄与すると期待されています。

<関連情報>

in vivo植物RNAイメージングと遺伝子工学のための分割リボザイムシステム A split ribozyme system for in vivo plant RNA imaging and genetic engineering

Yang Liu, Ruchika Rajput, Md Torikul Islam, Ilenne Del Valle, Tao Yao, Rekha Agrawal, Brandon A. Boone, Carrie A. Eckert, Paul E. Abraham, Jin-Gui Chen, Gerald A. Tuskan, Xiaohan Yang
Plant Biotechnology Journal  Published: 07 February 2025
DOI:https://doi.org/10.1111/pbi.14612

植物RNAのリアルタイム観察を可能にする新しいバイオセンサー(Novel Biosensor Illuminates Plant RNA in Real-Time)

Summary

RNA plays a central role in plants, governing various cellular and physiological processes. Monitoring its dynamic abundance provides a discerning understanding of molecular mechanisms underlying plant responses to internal (developmental) and external (environmental) stimuli, paving the way for advances in plant biotechnology to engineer crops with improved resilience, quality and productivity. In general, traditional methods for analysis of RNA abundance in plants require destructive, labour-intensive and time-consuming assays. To overcome these limitations, we developed a transformative innovation for in vivo RNA imaging in plants. Specifically, we established a synthetic split ribozyme system that converts various RNA signals to orthogonal protein outputs, enabling in vivo visualisation of various RNA signals in plants. We demonstrated the utility of this system in transient expression experiments (i.e., leaf infiltration in Nicotiana benthamiana) to detect RNAs derived from transgenes and tobacco rattle virus, respectively. Also, we successfully engineered a split ribozyme-based biosensor in Arabidopsis thaliana for in vivo visualisation of endogenous gene expression at the cellular level, demonstrating the feasibility of multi-scale (e.g., cellular and tissue level) RNA imaging in plants. Furthermore, we developed a platform for easy incorporation of different protein outputs, allowing for flexible choice of reporters to optimise the detection of target RNAs.

生物工学一般
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