Biosensor leuchtet grün, wenn Pflanze gesund
Innovatives Tool des Ridge National Laboratory erfasst den Zustand der Erbinformationen präzise
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Biosensor: Dieser signalisiert Gesundheit mit Fluoreszenz (Foto: Philip Gray, ornl.gov) |
Oak Ridge (pte003/07.04.2025/06:10)
Ein neuer Biosensor von Forschern des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) reagiert auf Wachstumsstörungen bei Pflanzen mit grüner Fluoreszenz. So lassen sich gefährliche Krankheiten, die die Ernte mindern oder gar vernichten können, früh genug erkennen, 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.
Sensor erstrahlt in Grün
Der Sensor erkennt Störungen der RNA in Pflanzenzellen, aus denen die Erbinformationen aufgebaut sind, aufgrund von äußeren Einwirkungen wie Schädlingen, Nährstoffmangel oder Umweltstress. Die Forscher zerlegten 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 die 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: Je heller das Leuchten ist, desto gesünder ist die Pflanze.
Stoffwechsel wird sichtbar
Die Experten haben ihren Sensor an Tabakpflanzen getestet, die mit einem Virus infiziert waren. Das zeigte der Sensor zuverlässig an. Auch Versuche mit der Ackerschmalwand waren erfolgreich. "Es ist hilfreich, sehen zu können, wann und wo eine Pflanze beginnt, sich als Reaktion auf Bedingungen wie Trockenheit neu zu programmieren", sagt Yangs Kollege Paul Abraham.
Es lasse sich nun genau messen, was auf molekularer Ebene geschieht. "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", ergänzt Abraham.
"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", schließt Jerry Tuskan, CEO des ORNL-Zentrums für bioenergetische Innovationen.
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