荧光生物传感器实时追踪植物RNA，以改善作物和生物安全

橡树岭国家实验室的科学家们开发了第一种检测植物细胞内核糖核酸或RNA的方法，该方法使用一种产生可见荧光信号的技术。该技术可以帮助研究人员实时检测和跟踪RNA和基因表达的变化，为开发更耐寒的生物能源和粮食作物以及检测不需要的植物改造、病原体和害虫提供了强有力的工具

RNA是细胞内的一种信号分子，用于读取脱氧核糖核酸或DNA编码，并将其转化为对植物生长和胁迫反应至关重要的蛋白质等功能部分。ORNL开发的生物传感器持续监测活体植物中的RNA水平，取代了科学家收集、处理和分析组织时使用的传统破坏性、耗时的方法

ORNL项目负责人Xiaohan Yang表示：“通过这种生物传感器，科学家们可以实时了解细胞在干旱或疾病等不断变化的环境条件下如何在分子水平上重新编程。”该方法简化了用于验证转基因植物基因表达的传统方法，可以更好地检测与疾病或营养胁迫相关的植物生理学，加速更好作物的发展

该生物传感器涉及将核酶（一种可以作为酶催化细胞内RNA剪接的RNA分子）分裂成两个无活性片段。ORNL的科学家随后将核酶片段连接起来，以引导RNA序列与植物细胞内的特定RNA靶标结合

当引导RNA找到目标时，两个核酶片段重新结合并变得活跃。这会触发报告蛋白的组装，产生可见的荧光，揭示RNA在植物中的位置和丰度。该团队的研究结果详细发表在《植物生物技术杂志》上

科学家成功演示了生物传感器如何检测感染烟草植物的病毒。当部署在另一种植物拟南芥中时，该生物传感器揭示了细胞内基因的开启和关闭方式。该系统可以检测不同尺度的基因活性，从单个细胞到整个植物的组织水平，包括叶子、根、花和茎

“研究人员能够看到植物何时何地开始重新编程以应对干旱等条件，这对研究人员很有帮助，”合著者、生物分析化学家、美国能源部安全生态系统工程和设计科学重点领域（由ORNL领导的SEED SFA）经理Paul Abraham说。“然后我们可以进入并精确测量分子水平上发生的事情。有了这样的工具，我们可以更全面地了解细胞水平上发生了什么，以及如何在整个植物的代谢途径中转化。”实现实时监测，新作物品种“生物传感器以多种方式推进植物科学。”Jerry Tuskan说：，ORNL领导的美国能源部生物能源创新中心的合著者和主任。

“其多功能性涵盖了从基础科学角度进行更好的功能基因组学，到作为筛查植物性能的工具，用于早期检测病原体或其他应力反应，甚至在这些影响导致植物外部变化之前。”

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ORNL植物科学家和合成生物学家在植物转化方面取得了多项突破，包括发现赋予抗旱性和显著促进植物生长的基因，开发检测CRISPR基因编辑的生物传感器，以及加速新植物品种开发的基因堆叠技术。这项工作旨在创新国内负担得起的生物基燃料、化学品和材料，并延续了ORNL悠久的生物和遗传学研究历史

“信使RNA的发现起源于20世纪50年代ORNL生物学家和化学家的工作，他们使用了我们在曼哈顿计划工作期间开发的技术，”ORNL生物与环境系统科学理事会的副实验室主任Paul Langan说。“今天，我们继续在分子生物学领域进行创新。我们的科学家开发的这种新的生物传感方法可以追踪RNA的修饰，从而为能源和食物的丰富提供更好的作物。”