Optogenetik: Mit Licht Pflanzenprozesse steuern

Einem Team der HHU-CEPLAS ist es gemeinsam mit Kollegen vom CIBSS an der Universität Freiburg und der University of East Anglia-Norwich gelungen, das optogenetische Werkzeug PULSE (Plant Usable Light-Switch Elements) zu entwickeln, mit dem Prozesse in Pflanzen präzise per Licht gesteuert werden können und das für Pflanzen im normalen Tag-/Nachtzyklus geeignet ist.

Prof. Dr. Rüdiger Simon vom Institut für Entwicklungsgenetik an der HHU Düsseldorf: „Das optogenetische Werkzeug erlaubt, die Ausprägung wünschenswerter Eigenschaften bei einer Pflanze quasi zu programmieren. Damit kann PULSE das optogenetische Instrumentarium für die Pflanzenforschung erheblich erweitern und es in Zukunft erleichtern, gezielt biologische Prozesse wie z.B. Differenzierungs- und Entwicklungsprozesse, Hormonsignalwege und Stressantworten zu untersuchen und zu manipulieren.“

PULSE wird durch gezielte Bestrahlung mit rotem Licht einer sehr eng begrenzten Wellenlänge aktiviert und mit normalem weißem Licht zurückgesetzt. PULSE besitzt dazu zwei optogenetische Schalter, die auf zwei unterschiedliche Wellenlängen reagieren: Das monochromatische rote Licht aktiviert den Schalter und ermöglicht somit, dass nur dann ein bestimmtes Gen ausgelesen wird. Blaues Licht aus dem Tageslicht setzt den Schalter wieder zurück und stoppt somit die Genexpression. Dieser Prozess ist beliebig oft wiederholbar.

Prof. Dr. Matias Zurbriggen vom Institut für Synthetische Biologie an der HHU erklärte dazu: „PULSE führt die überlegenen Vorteile der Optogenetik in Pflanzen ein. Die Steuerung zellulärer Prozesse mit hoher räumlich-zeitlicher Auflösung hilft, die Dynamik biologischer Signalnetzwerke quantitativ zu verstehen und biotechnologische Anwendungen zu entwickeln.“