Wissenschaftler entdecken, wie Pflanzen die Übertragung von Viren auf nächste Generationen verhindern

Wissenschaftler haben herausgefunden, wie Pflanzen die Übertragung von Viren auf ihre Samen verhindern. Die Entdeckung könnte für gesündere Nutzpflanzen sorgen und die Übertragung von Krankheiten von der Mutter auf die Nachkommen verringern, sowohl bei Pflanzen als auch beim Menschen. Die Studie von Wissenschaftlern der University of California, Riverside, zeigt, dass RNA-Interferenz der Schlüssel zur Blockierung der Ausbreitung von Viren in Pflanzen während der Samenentwicklung ist.

Viren in Pflanzen können sich über den Saatguthandel international verbreiten. Das Problem der Virusübertragung von Mutterpflanzen auf ihre Samen, die sogenannte vertikale Übertragung, ist in der Landwirtschaft ein globales Problem. Dies ist auf die Fähigkeit von Viren zurückzuführen, jahrelang in Samen „versteckt“ zu bleiben und beim Wachstum infizierter Pflanzen schwere Epidemien auszulösen.

Die von Professor Shou-Wei Ding von der Abteilung für Mikrobiologie und Pflanzenpathologie an der UC Riverside geleitete Studie wollte verstehen, warum nur ein kleiner Prozentsatz der infizierten Pflanzensamen von Viren befallen ist. Um diese Frage zu beantworten, konzentrierte sich das Team auf den immunologischen Weg, der die Übertragung des Virus verhindert.

Das Team testete Hunderte Sorten der Pflanze Arabidopsis thaliana, wodurch sie mit dem Gurkenmosaikvirus infiziert werden. Dieses Virus befällt mehr als tausend Pflanzenarten und verursacht gelbe Flecken und Ringe auf Blättern und Früchten. Die Analyse identifizierte zwei entscheidende Gene, die den RNA-Interferenzprozess aktivieren, der die Produktion viraler Proteine ​​in Pflanzen blockiert.

Diese Gene sind nur in den frühen Stadien der Samenentwicklung funktionsfähig. Sie produzieren essentielle Enzyme namens Dicer-like 2 und Dicer-like 4, die kleine RNA-Fragmente, sogenannte siRNA, erzeugen. Diese Fragmente sind dafür verantwortlich, die Produktion viraler Proteine ​​zu hemmen und so Infektionen zu verhindern.

Als Wissenschaftler Pflanzen so veränderten, dass sie diese Enzyme nicht produzierten, führte dies zu einer schwereren Virusinfektion und einer Verzehnfachung der Virusübertragung auf Samen. Bis zu 40 % der neuen Sämlinge wurden infiziert, was den direkten Einfluss der RNA-Interferenz auf die pflanzliche Immunabwehr zeigt.

Die Studie untersuchte auch, warum selbst bei Pflanzen mit starker Immunabwehr immer noch ein kleiner Prozentsatz der Samen infiziert wird. Sie entdeckten, dass einige Viren Proteine ​​produzieren, die den RNA-Interferenzweg blockieren. Der nächste Schritt der Forschung wird darin bestehen, zu versuchen, diesen immunologischen Signalweg zu stärken, um die Virusübertragungsraten weiter zu senken.

Diese Entdeckung hat weitreichende Auswirkungen, da RNA-Interferenz ein konservierter Mechanismus in verschiedenen Organismen, einschließlich Wirbellosen, Pilzen und Säugetieren, ist. Wissenschaftler hoffen, dass die Forschung nicht nur der Landwirtschaft zugute kommt, sondern auch dazu beiträgt, die Übertragung menschlicher Viren wie Zika zu verhindern, das bei der Übertragung von der Mutter auf das Kind schwere Geburtsfehler verursacht.

Die Entdeckung ebnet den Weg für die Entwicklung neuer Strategien zum Schutz von Nutzpflanzen und zur Kontrolle der Ausbreitung viraler Krankheiten sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren.

Weitere Informationen erhalten Sie unter doi.org/10.1016/j.chom.2024.08.009