EU-Forscher lösen NLR-Geheimnis bei Pflanzen
Resistenzproteine mit nukleotidbindenden/leucinreichen Repeatdomänen, sogenannten NLR-Proteinen, gehören zu den wichtigsten Waffen, über die Pflanzen verfügen, um sich gegen ihre Feinde zu verteidigen – seien es Viren, Bakterien, Pilze oder sogar Pflanzenfresser. Es überrascht kaum, dass es ein ständiges Hin und Her gibt, während dessen sich Pflanzenpathogene kontinuierlich verändern, um der Erkennung durch NLR-Proteine zu entkommen, und Pflanzen unaufhörlich Neuerungen entwickeln und neuartige NLR-Proteinvarianten erzeugen. NLR-Proteine sind somit die variabelsten unter den von Pflanzen kodierten Proteinen. Während sie jedoch bereits seit über 20 Jahren erforscht werden, ist es immer noch unklar, ob alle von einer Pflanze hergestellten NLR-Proteine, was mehrere hundert sein können, eine spezielle Funktion haben oder ob einige nur zur „Reserve“ hergestellt werden. Das von der EU finanzierte NLRS-Projekt sollte diese Frage klären. „Zunächst begannen wir uns für dieses Thema zu interessieren, als wir feststellten, dass die meisten der Gene für NLR-Proteine nur bei einigen Mitgliedern der Spezies Arabidopsis vorhanden waren, die von uns untersucht wurden“, erklärt Projektkoordinatorin Rui Wu. „Einige der Gene sind jedoch in allen Arabidopsis-Pflanzen zu finden, was darauf hindeutet, dass sie sehr spezielle Aufgaben haben.“ Fitness-Kompromisse und Immunität Zu verstehen, auf welche Weise Phänotypen durch Genotypen gesteuert werden, ist die grundlegende Frage der Biologie – und im NLRS-Projekt. Der Genotyp ist die Gesamtheit der Gene, die in der DNA für ein bestimmtes Merkmal verantwortlich sind. Der Phänotyp andererseits ist der physikalische Ausdruck bzw. die Charakteristik dieses Merkmals. Im Verständnis natürlicher Gene und des durch den Genotyp hinter einem Phänotyp vermittelten Mechanismus liegt der Schlüssel zur Förderung einer besser realisierbaren und praxisbezogeneren Anwendung der Wissenschaft, was insbesondere für die Landwirtschaft gilt. Innerhalb dieses Rahmenumgebung konzentrierten sich die zentralen Anstrengungen des NLR-Projekts, das sich mit dem allgemeinen Gebiet der natürlichen genetischen Variation beschäftigt, auf Fitness-Kompromisse im Zusammenhang mit der Immunität. „Wir wussten bereits, dass einige NLR-Proteine für die Pflanze eher von Nachteil sind, sobald es keine Krankheitserreger mehr in der Umgebung gibt, was erklärt, warum die Pflanzen versuchen, diese loszuwerden, wann immer das möglich ist“, erläutert Wu. Ziel des Projekts war die Lösung des Rätsels der in allen Arabidopsis-Pflanzen vorhandenen NLRs. Anfängliche Resultate deuten darauf hin, dass einige der NLR-Proteine wirklich die Aktivität anderer NLR-Proteine reduzieren, wodurch die fälschliche Aktivierung des Immunsystems und somit eine verminderte Fitness durch überaktive NLRs verhindert wird. Die Kontroverse um gentechnisch veränderte Organismen Als ein praktisches Ergebnis des Projekts liegen verbesserte Werkzeuge zur Erzeugung von nicht gentechnisch veränderten Pflanzen vor, so dass wichtige Gene mittels des CRISPR/Cas9-Systems, einem zur Genomeditierung verwendeten zukunftsweisenden Instrument, untersucht werden können. Wu zufolge bleiben GVO ein Thema, über das ständig weiter diskutiert wird. „Sowohl im akademischen Bereich als auch in der Industrie sind Feldversuche erforderlich, wenn neue wichtige Gene in Bezug auf Pflanzenfitness oder neue Züchtungen entwickelt werden“, erklärt sie. Es sind jedoch langwierige Genehmigungen erforderlich, um auf dem Feld traditionelle transgene Pflanzen mit fremden genetischen DNA-Sequenzen wachsen zu lassen. So entwickelte Wu einen effizienten CRISPR/Cas9-Vektor-Werkzeugkasten, der zur Genomeditierung eingesetzte fremde Transgene schnell wieder eliminiert. Diese Strategie hat sich als geeignet zur effizienten Erzeugung großer, vererbbarer Deletionen von DNA-Sequenzen erwiesen und kann mit hohem Durchsatz eingesetzt werden. Bedeutende Auswirkungen Die Erkenntnisse aus dem Projekt in Bezug auf die Wechselwirkung von Pflanzenpathogenen innerhalb des Evolutionsgefüges werden sowohl für gewerbliche Züchter als auch für in der akademischen Welt beheimatete Pflanzenforscher maßgebliche Konsequenzen haben. Überdies sollte das vom Projekt bereitgestellte beschleunigte Gentechnikverfahren mit einer sehr einfachen Entfernung fremder DNA-Sequenzen den Züchtern gleichermaßen eine große Hilfe sein.
