Virale Pflanzensonde könnte bei Steigerung der Produktivität von Nutzpflanzen helfen
Kleine RNAs(öffnet in neuem Fenster) (sRNAs) sind Moleküle, die in Pflanzen vorkommen und an praktisch allen Regulationsprozessen beteiligt sind. Sie steuern zum Beispiel die Reaktionen auf innere und äußere Reize und bestimmen das Wachstum. Sie sind ebenso wichtig für die Verbreitung von RNA-Interferenz(öffnet in neuem Fenster) (RNAi) in einer Pflanze. Dabei handelt es sich um ein genetisches Regulierungssystem, das die Aktivität bestimmter Gene verhindert. „sRNAs sind mobile Moleküle“, erklärt Eduardo Bejarano, Projektkoordinator von GeminiDECODER vom Institut für mediterranen und subtropischen Gartenbau ‚La Mayora‘(öffnet in neuem Fenster) in Spanien. „Ihre Mobilität – und Vielfalt – hat es uns erschwert, sie vollständig zu bestimmen und zu charakterisieren, ebenso wie ihre potenziellen RNA-Ziele.“ Diese Herausforderungen haben unser Verständnis mehrerer wichtiger Pflanzenprozesse eingeschränkt, z. B. wie lokale Reaktionen in Pflanzen in systemische Reaktionen umgewandelt werden. Dieser Prozess ist der Schlüssel zur Auslösung der pflanzlichen Abwehrkräfte gegen Nährstoff- oder Wasserentzug oder Erkrankungen.
Von Pflanzenviren abgeleitete Proteinsonden
Im Rahmen des Projekts GeminiDECODER, das über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) unterstützt und von der spanischen Universität Málaga(öffnet in neuem Fenster) koordiniert wurde, sollten neue Methoden zur Isolierung und Charakterisierung dieser mobilen sRNAs und ihrer potenziellen Ziel-RNAs entwickelt werden. „Dazu verfolgten wir einen völlig neuen Ansatz, indem wir von Pflanzenviren abgeleitete Proteine als Sonden verwendeten, um sRNAs mit noch nie dagewesener Auflösung nachzuweisen“, kommentiert Bejarano. Dieses Verfahren, so Bejarano, könnte den Forschenden helfen, mobile sRNAs und ihre Ziele in verschiedenen Pflanzen besser zu isolieren, und könnte potenziell bei der Regulierung der Pflanzenproduktivität Anwendung finden.
Rolle der Proteine bei Entwicklungsprozessen
Dazu wurden im Rahmen des Projekts Pflanzen gentechnisch so verändert, dass sie ein virales Protein namens C4 anreichern. Das Protein aus dem Tomato Yellow Leaf Curl Virus (TYLCV, Geminivirus) wurde ausgewählt, weil es die Bewegung von sRNAs stören kann. „Das Vorhandensein von C4 in Pflanzen stört die Bewegung der mobilen sRNAs“, fügt Bejarano hinzu. „Das bedeutet, dass mobile sRNAs nicht mehr an ihre üblichen Orte gelangen können und die zum Abbau markierten RNAs nicht mehr unterdrückt werden.“ Durch die Analyse abnormaler RNA-Akkumulationen konnte Bejarano mutmaßliche RNA-Ziele für mobile sRNAs ermitteln. Er konnte zudem Informationen über die Identität der fraglichen mobilen sRNA sammeln. Sobald diese Zielgene bestimmt waren, konnte Bejarano ihre biologische Funktion analysieren. „Zum Konzeptnachweis haben wir C4 eingesetzt, um die Strukturierung des Wurzelgewebes durch mobile sRNAs zu analysieren“, bemerkt Bejarano. „So konnten wir die Rolle bestimmter Pflanzenproteine aufdecken, die die Bewegung von sRNA fördern und Entwicklungsprozesse in Pflanzen steuern.“
Verbesserte nachhaltige Pflanzenproduktion
GeminiDECODER hat durch die Verwendung von C4 als potenzielle mobile sRNA-Sonde mehrere wichtige Entdeckungen erreicht. So wurden neue mutmaßliche mobile sRNA/Ziel-Paare isoliert, die noch bestätigt und biologisch charakterisiert werden müssen. „RNAi ist für die meisten Regulierungsmechanismen in Pflanzen von grundlegender Bedeutung“, so Bejarano. „Dieses Projekt könnte also dazu beitragen, neue Wege in der Forschung zu beschreiten.“ Auf praktischer Ebene könnte die Bestimmung von Pflanzen in der Natur, die höhere oder niedrigere Mengen einer bestimmten sRNA exprimieren, dazu beitragen, zu erklären, warum sie eine verbesserte Resistenz gegen Krankheitserreger, Trockenheit oder Nährstoffmangel aufweisen. „Dieses Thema ist für eine ständig wachsende Weltbevölkerung von größter Bedeutung, da die Pflanzenproduktion optimiert und auf umweltfreundliche, nachhaltige Weise durchgeführt werden muss“, sagt Bejarano.
Schlüsselbegriffe
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