Die Biomedizin weist den Weg zu den Nahrungsmittelpflanzen der Zukunft
Forscher der University of Queensland haben zum ersten Mal genetisches Material über die Wurzeln in Pflanzen eingebracht und damit einen potenziellen Weg für die schnelle Verbesserung von Kulturpflanzen eröffnet.
Mikroskopische Ansicht einer Wurzelspitze und der Verlauf der synthetischen mRNA, die ein grün fluoreszierendes Protein produziert.
The University of Queensland
Professor Bernard Carroll von der School of Chemistry and Molecular Biosciences der UQ sagte, dass die Nanopartikeltechnologie dazu beitragen könnte, Pflanzengene fein abzustimmen, um den Ernteertrag zu steigern und die Lebensmittelqualität zu verbessern.
"Die herkömmliche Pflanzenzüchtung und die genetische Veränderung benötigen viele Generationen, um eine neue Pflanzensorte hervorzubringen, was zeitaufwändig und teuer ist", so Professor Carroll.
"Wir haben es geschafft, dass Pflanzenwurzeln ein gutartiges Nanopartikel aufnehmen, das von der Gruppe von Professor Gordon Xu an der UQ für die Verabreichung von Impfstoffen und Krebsbehandlungen bei Tieren entwickelt wurde.
"Die Zellwände von Pflanzen sind starr und holzähnlich, viel härter als menschliche oder tierische Zellen, daher haben wir das Nanopartikel mit einem Protein beschichtet, das die pflanzliche Zellwand sanft auflockert.
"Die Proteinbeschichtung half dem Nanopartikel, die Zellwände zu durchbrechen und zum ersten Mal eine synthetische mRNA-Fracht in die Pflanzen zu bringen."
mRNAs sind natürliche Botenmoleküle, die genetische Anweisungen zum Aufbau und zur Verbesserung aller Formen des Lebens enthalten.
Das Forschungsteam nutzte die Nanopartikel, um synthetische mRNA, die ein grün fluoreszierendes Protein produziert, in mehrere Pflanzenarten einzuschleusen, darunter Arabidopsis, ein Miniaturmitglied der Raps- und Kohlfamilie, das in der Genforschung häufig verwendet wird.
"Es war überraschend, dass das Nanopartikel nicht seine gesamte Ladung in der ersten Zelle abgab, in die es eindrang, sondern mit Wasser durch die Pflanze wanderte und dabei die mRNA verteilte", sagte Professor Carroll.
"Das ist spannend, denn mit weiteren Verbesserungen könnte die Technologie in Zukunft möglicherweise eingesetzt werden, um neue Pflanzensorten schneller zu produzieren.
"Mit weiteren Forschungen könnten wir ein Problem mit einer Kulturpflanze, wie z. B. Geschmack oder Qualität, gezielt angehen und eine neue Sorte erzeugen, ohne dass ein Jahrzehnt der Kreuzung oder genetischen Veränderung erforderlich ist.
"Ähnlich wie ein mRNA-Impfstoff ein Protein zur Stimulierung des Immunsystems produziert und dann wieder abgebaut wird, wird die mRNA, die wir in die Pflanzen einbringen, vorübergehend exprimiert und verschwindet dann wieder.
Die Nanopartikeltechnologie wurde von der Kommerzialisierungsgesellschaft UniQuest der UQ patentiert, die nun Partner für die weitere Entwicklung der Technologie sucht.
Zum Forschungsteam gehörten Professor Zhi Pin (Gordon) Xu und Dr. Jiaxi Yong vom Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology der UQ und der Queensland Alliance for Agriculture and Food Innovation.
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Originalveröffentlichung
Jiaxi Yong, Wang Xu, Miaomiao Wu, Run Zhang, Christopher W. G. Mann, Guoquan Liu, Christopher A. Brosnan, Neena Mitter, Bernard J. Carroll, Zhi Ping Xu; "Lysozyme-coated nanoparticles for active uptake and delivery of synthetic RNA and plasmid-encoded genes in plants"; Nature Plants, Volume 11, 2025-1-2
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