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Projekt
Verwendung von Chitosan-RNA-Protein Mikrogelen als RNA Transportplattform zur RNA-vermittelten Genmodulation in Pflanzen
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr. Aline Koch; Professor Dr. Andrij Pich
Fachliche Zuordnung
Polymermaterialien
Biomaterialien
Biomaterialien
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525894115
Die Entwicklung und Anwendung sprühbarer, nicht-kodierender und kodierender RNAs ermöglichen das Nutzbarmachen und die Veränderung pflanzlicher Genexpression. Zum Beispiel kann exogen applizierte dsRNA das Gen Silencing endogener oder artfremder mRNA-Transkripte in Pflanzen sowie deren Schaderregern induzieren und so eine RNA Interferenz-vermittelte Krankheitsresistenz herbeiführen. Die Erkenntnis, dass exogen applizierte RNA passiv, über Eintrittspforten in der Blattoberfläche (z.B. Stomata) aufgenommen wird, ebnet den Weg für die Implementierung weiterer RNA Spezies als „sprühbare RNAs“ mit den verschiedensten Gen-editierenden Eigenschaften. Zum Beispiel konnten wir zeigen, dass Pflanzen exogen applizierte mRNA aufnehmen und diese in Proteine translatieren. Dabei eröffnet dieses neuartige spray-induced gene expression Verfahren erstmals die Möglichkeit Gene gezielt zu modifizieren oder Proteine zu synthetisieren - ohne die aufwendige, kostenintensive und öffentlich kritisierte Herstellung gentechnisch veränderter Pflanzen für Forschungszwecke oder in der Nutzpflanzenproduktion. Der Einsatz von RNAs in Grundlagen- und angewandter Forschung erfordert die Entwicklung von RNA Delivery-Formulierungsstrategien. Dabei sind die Aufnahme von RNA über die Kutikula in die Zellen sowie der inter-/intrazelluläre RNA-Transport die wichtigsten Voraussetzungen, damit exogen applizierter RNAs maximal effizient wirken. Zudem können verschiedene Pflanzenspezies, aufgrund bislang unbekannter Faktoren, gesprühte unformulierte RNAs nur in geringem Maß aufnehmen. Deshalb sind Formulierungsansätze notwendig, welche eine breite Übertragbarkeit und Anwendung auf verschiedene Pflanzenspezies ermöglichen. Um die größtmögliche Effizienz exogen applizierter RNAs sicherzustellen, werden wir aus Chitosan-basierten molekularen Bausteinen kolloidale Mikrogele synthetisieren, die mit zellgängigen Peptiden als Transportplattform für Pflanzen beschichtet sind. Die selektive Modifikation von CS unter Verwendung chemischer und mechanochemischer Ansätze wird es ermöglichen, Molekulargewichte, Acetylierungsgrad und Acetylierungsmuster maßzuschneidern (CodeChi), um die Wechselwirkungen mit RNA und die Herstellung von CS-basierten RNA-Trägern mit programmierter Struktur (Größe, Oberflächenladung, RNA-Beladung usw.) und neuartigen Funktionen ( Stimuli-Responsivität, einstellbare Zellpenetration, kontrollierter Abbau und RNA-Freisetzung usw.) zu ermöglichen. Dabei werden wir am Beispiel einer nicht-kodierenden (dsRNA) und erstmalig einer kodierenden (mRNA) RNA-Spezies zeigen, dass die Formulierung und Applikation von Chitosan-RNA-Protein Mikrogelen die zelluläre Aufnahme von RNAs sicherstellt, wodurch die Genexpression in Pflanzen gezielt moduliert (hier Gen Silencing) und nutzbar (hier Proteinsynthese) gemacht werden kann. Exemplifiziert wird dies an den beiden Pflanzenspezies, Hordeum vulgare (Nutzpflanze Gerste, monokotyl) und Arabidopsis thaliana (Modellpflanze, dicotyl).
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
