Innovatives Tool

Grünes Licht soll Auskunft über die Gesundheit von Pflanzen geben

Forscher:innen des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) haben einen neuen Biosensor entwickelt, mit dem Wachstumsstörungen bei Pflanzen nachgewiesen werden können. Das gelingt mittels grüner Fluoreszenz. Auf diese Weise sollen sich gefährliche Krankheiten, die die Ernte mindern oder gar vernichten, früh genug erkennen können, um rechtzeitig Gegenmaßnahmen einzuleiten. "Mit diesem Biosensor erhält man in Echtzeit Einblicke in die Art und Weise, wie sich Zellen auf molekularer Ebene unter sich verändernden Umweltbedingungen wie Dürre oder Krankheiten umprogrammieren", so Projektleiter Xiaohan Yang.

Der Sensor erkennt Störungen der RNA in Pflanzenzellen, aus denen die Erbinformationen aufgebaut sind, aufgrund von äußeren Einwirkungen wie Schädlingen, Nährstoffmangel oder Umweltstress. Dafür zerlegten die Forscher:innen des ORNL ein RNA-Molekül, ein Ribozym, in zwei inaktive Teile. Diese Fragmente hefteten sie an eine sogenannte Führungs-RNA, die sich auf die Suche nach einem bestimmten molekularen Ziel in den Pflanzenzellen macht. Sobald die Führungs-RNA ihr Ziel gefunden hat, vereinigen sich die Fragmente wieder und lösen Fluoreszenz aus. Je mehr Ziele die Führungs-RNA findet, desto intensiver wird das Leuchten. Daraus lässt sich auf die Menge der noch funktionierenden Pflanzenzellen schließen. Diese wiederum hängt von der Gesundheit der Pflanze ab. Das heißt, je heller das Leuchten, desto gesünder ist die Pflanze. 

Getestet wurde der Sensor an Tabakpflanzen, die mit einem Virus infiziert waren. Versuche mit der Acker-Schmalwand-Pflanze waren bereits erfolgreich. "Es ist hilfreich, sehen zu können, wann und wo eine Pflanze beginnt, sich als Reaktion auf Bedingungen wie Trockenheit neu zu programmieren", so Paul Abraham, der ebenfalls an der Entwicklung beteiligt war. "Mit solchen Werkzeugen können wir ein umfassenderes Verständnis dafür erlangen, was auf zellulärer Ebene geschieht und wie sich dies auf die Stoffwechselwege in der gesamten Pflanze auswirkt. Diese wiederum sind ein Zeichen für den Gesundheitszustand."

Abschließend erklärt Jerry Tuskan, CEO des ORNL-Zentrums für bioenergetische Innovationen: "Der Nutzen des Sensors reicht den Fachleuten nach von einer grundlagenwissenschaftlichen Perspektive zur Verbesserung der funktionellen Genomik bis hin zur praktischen Anwendung als Werkzeug zur Überprüfung der Pflanzenleistung in Bezug auf eine Früherkennung von Krankheitserregern oder anderen Stressreaktionen, noch bevor diese Auswirkungen zu äußeren Veränderungen an der Pflanze führen."

www.ornl.gov