Genetische Schaltkreise könnten Pflanzen schneller an den Klimawandel anpassen lassen

Der Klimawandel wird die Überlebensfähigkeit der Pflanzen weltweit stark belasten. Ganze Ökosysteme könnten mit dem Verlust wichtiger Pflanzen zusammenbrechen, und die Landwirtschaft, wie wir sie kennen, könnte implodieren. Obwohl sich diese Pflanzen im Laufe der Zeit entwickeln und robustere Eigenschaften entwickeln könnten, um der Hitze zu trotzen und raueres Wetter zu überleben, erwärmen sich die Dinge möglicherweise zu schnell, als dass wir einfach darauf warten könnten, dass die Evolution das Steuer übernimmt.

Wissenschaftler der Stanford University glauben, dass sie eine Lösung gefunden haben: genetische Schaltkreise, die bestimmte Gene ansteuern können, um das Wurzelwachstum von Pflanzen zu steuern, und den Weg zur Entwicklung „intelligenter Pflanzen“ ebnen, die auf den Klimawandel reagieren können. Das Team testete diese neuen Schaltkreise, indem es sie auf Tabakblätter und Arabidopsis-Pflanzen anwendete, und veröffentlichte die Ergebnisse am Donnerstag in der Zeitschrift Wissenschaft.

„Dies ist in gewisser Weise ein Meilenstein, weil wir eine Methode und Pipeline entwickelt haben, um die Genexpression auf einer Auflösungsebene zu kontrollieren, die vorher nicht möglich war“, sagte José Dinneny, ein Biologe aus Stanford, der die Forschung leitete, gegenüber The Daily Beast. „Ich vergleiche es mit so etwas wie Minecraft, wo man Bausteine ​​nehmen und damit erschaffen kann, was man will.“

Vielleicht haben Sie schon einmal in der Schule eine Kartoffelbatterie gebaut, um etwas über elektrische Schaltkreise zu lernen. Genetische Schaltkreise, die die Expression bestimmter Gene steuern, funktionieren nach dem gleichen Prinzip, finden jedoch innerhalb der Kartoffel selbst und auf molekularer Ebene statt. Wie ein Stromkreis benötigen sie einen Schalter zum Ein- oder Ausschalten.

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In der neuen Studie nutzten Dinneny und sein Team spezifische genetische Sequenzen, sogenannte Promotoren, von denen einige nur in bestimmten Regionen einer Pflanze zu finden sind, um das Wurzelwachstum ein- und auszuschalten.

Diese synthetischen Schaltkreise können nur in Gegenwart dieser Promotoren aktiviert werden, was bedeutet, dass die gewünschten Veränderungen nur Teile der Pflanze betreffen würden – nicht die ganze. Dinneny sagte, dass dieses Maß an Kontrolle über ihre Modifikationen ein Vorteil im Vergleich zu traditionellen genetischen Modifikationen sein könnte, die zur Herstellung von GVO verwendet werden, die die gesamte Ernte betreffen.

Es ist noch kein perfektes Design. Dinneny weist darauf hin, dass sein Team acht verschiedene Schaltkreise ausprobiert hat, die im Prinzip hätten funktionieren sollen, aber nur die Hälfte die beabsichtigten Veränderungen des Wurzelwachstums bewirkt hat. Dinneny fügte hinzu, dass ihn diese Ergebnisse nicht überraschten: „Ich denke, wenn es eine Überraschung gab, war es, dass einer von ihnen beim ersten Versuch funktionierte“, sagte er.

Darüber hinaus erfordert die Implementierung eines genetischen Schaltkreises einen ausgereiften Organismus. Die in diesem Experiment verwendeten Pflanzen könnten innerhalb weniger Tage altern, aber landwirtschaftliche Nutzpflanzen könnten Wochen oder Monate benötigen, um erwachsen zu werden.

Dennoch hoffen die Forscher auf die Möglichkeiten. Und schließlich könnte diese Art von Forschung auf komplexere Organismen jenseits von Pflanzen angewendet werden, schrieben die Autoren einer begleitenden Perspektive in Wissenschaft.

„Diese Anstrengung stellt einen Meilenstein in der Gentechnik eines vollständig entwickelten Ganzen dar

mehrzelligen Organismus und weist auf die bevorstehenden Herausforderungen hin“, schrieben die Pflanzenbiologen Simon Alamos und Patrick Shih von der University of California, Berkeley, die nicht an der Forschung beteiligt waren. Andere haben über die Aussicht spekuliert, intelligente Pflanzen mit genetischen Schaltkreisen zu entwickeln, die sich bei bestimmten Umweltbedingungen wie Dürre ein- oder ausschalten können.

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„Unsere synthetischen genetischen Schaltkreise werden es uns ermöglichen, sehr spezifische Wurzelsysteme oder sehr spezifische Blattstrukturen aufzubauen, um zu sehen, was für die herausfordernden Umweltbedingungen, von denen wir wissen, dass sie kommen, optimal ist“, sagte die Hauptautorin der Studie und Stanford Bioengineering-Forscherin Jennifer Brophy in a Pressemitteilung. „Wir machen das Engineering von Anlagen viel präziser.“

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