Wissenschaftler entdecken einen Weg, Nutzpflanzen zu besiegen

Von der University of California – Riverside, 5. August 2023

Forscher haben herausgefunden, dass Grauschimmel Lipidblasen verwendet, um RNA zu transportieren, die die Pflanzenimmunität zum Schweigen bringt und Ernteverluste in Milliardenhöhe verursacht. Die Ergebnisse können zu neuen umweltfreundlichen Fungiziden führen, die diese Blasen bekämpfen und möglicherweise eine wirksame Lösung ohne giftige Chemikalien bieten.

Grauschimmel, der die Ursache für jährliche Ernteverluste in Milliardenhöhe ist, weil er eine Vielzahl von Obst- und Gemüsesorten, darunter Beeren und Tomaten, befällt, ist für Landwirte ein anhaltendes Problem. Jetzt haben Forscher eine neue Methode entdeckt, um diesen Schimmel zu bekämpfen, ohne die Pflanzen mit giftigen Chemikalien überschütten zu müssen.

Wenn Sie jemals auf eine Erdbeere gestoßen sind, die mit einer flockigen grauen Substanz bedeckt ist, haben Sie die Auswirkungen von Grauschimmel beobachtet. Dieser furchterregende Pilz befällt mehr als 1.400 Pflanzenarten, und bisher gab es kein wirksames Heilmittel. Der Schlüssel zur Kontrolle könnte in der Entdeckung von Lipidbläschen liegen, die von den Schimmelpilzzellen abgesondert werden – ein Merkmal, das einige Wissenschaftler zuvor als unwichtig übersehen hatten.

Tatsächlich zeigen neue Forschungsergebnisse von UC Riverside, dass diese Blasen für die Kommunikation zwischen Krankheitserregern und ihren Wirten, darunter viele Arten von Pilzen sowie Bakterien und Säugetieren, unerlässlich sind. In diesem Fall stellten die Forscher fest, dass der Grauschimmel gelernt hat, die Blasen zu nutzen, um erfolgreiche Infektionen zu erzielen.

„Da sie schwer zu isolieren und zu untersuchen sind, wurden die wichtigen Funktionen dieser Lipidblasen, auch extrazelluläre Vesikel genannt, jahrzehntelang übersehen“, sagte Hailing Jin, UCR-Professor für Mikrobiologie und Pflanzenpathologie, der das Forschungsprojekt leitete.

“Now we know the mold, just like its plant hosts, also uses extracellular vesicles to protect and deliver what amount to weapons — small RNARibonucleic acid (RNA) is a polymeric molecule similar to DNA that is essential in various biological roles in coding, decoding, regulation and expression of genes. Both are nucleic acids, but unlike DNA, RNA is single-stranded. An RNA strand has a backbone made of alternating sugar (ribose) and phosphate groups. Attached to each sugar is one of four bases—adenine (A), uracil (U), cytosine (C), or guanine (G). Different types of RNA exist in the cell: messenger RNA (mRNA), ribosomal RNA (rRNA), and transfer RNA (tRNA)." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">„RNA-Moleküle, die am Immunsystem der Pflanzen beteiligte Gene zum Schweigen bringen“, sagte Jin.

Grauschimmel wächst auf den Produkten. Bildnachweis: Hailing Jin/UCR

This finding is detailed in the journal Nature Communications<em>Nature Communications</em> is a peer-reviewed, open-access, multidisciplinary, scientific journal published by Nature Portfolio. It covers the natural sciences, including physics, biology, chemistry, medicine, and earth sciences. It began publishing in 2010 and has editorial offices in London, Berlin, New York City, and Shanghai. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Nature Communications, wo die Forscher nicht nur zeigen, dass Grauschimmel virulente RNA in diesen lipidbasierten Blasen absondert, sondern auch, dass ein bestimmtes Protein der Schlüssel für die Fähigkeit des Schimmels ist, die Blasen zu produzieren.

Das Protein Tetraspanin erscheint auf der Oberfläche der Blasen. Die Forscher fanden heraus, dass, wenn sie die Fähigkeit des Schimmels, Tetraspanin herzustellen, ausgeschaltet wurden, die Fähigkeit des Schimmels, die Blasen abzusondern und abzugeben, stark eingeschränkt war.

„Wenn wir diese Schlüsselkomponente der Vesikel ausschalten, können wir ihre Fähigkeit, die Waffen kleiner RNAs oder anderer Moleküle zu transportieren, die die Immunität des Wirts unterdrücken, schwächen“, sagte Jin.

Zuvor hatte das gleiche Forscherteam auch Gene identifiziert, die es dem Pilz ermöglichen, kleine RNA-Moleküle zu produzieren. Das Ausschalten dieser Gene sowie derjenigen, die es dem Pilz ermöglichen, Tetraspanin herzustellen, würde eine neue Generation von „RNA-Fungiziden“ ermöglichen, die die Grauschimmelkrankheit hemmen.

„Alles enthält RNA und ist für Menschen und Tiere leicht verdaulich. „RNA kann in der Umwelt schnell abgebaut werden und hinterlässt keine giftigen Rückstände“, sagte Jin. Derzeit werden Grauschimmel hauptsächlich mit Fungiziden behandelt, und diese Chemikalien können sich negativ auf die Gesundheit von Mensch und Tier sowie auf unsere Umwelt auswirken.“

Grauschimmel ist weltweit der zweitschädlichste Pilz für Nahrungspflanzen, gefolgt vom Reispathogen Magnaporthe. Ein umweltfreundliches Fungizid auf RNA-Basis, das die Fähigkeit zur Sekretion extrazellulärer Vesikel angreift, könnte auch gegen Magnaporthe und andere Pilzpathogene wirksam sein.

„Da sich das Klima so schnell ändert, können sich viele Pilzinfektionen verschlimmern. Wir freuen uns, neue umweltfreundliche Methoden zum Schutz der globalen Lebensmittelversorgung zu entwickeln, die möglicherweise so weit verbreitet sind“, sagte Jin.

Referenz: „Kleine Pilz-RNAs wandern in extrazellulären Vesikeln, um durch Clathrin-vermittelte Endozytose in Pflanzenzellen einzudringen“ von Baoye He, Huan Wang, Guosheng Liu, Angela Chen, Alejandra Calvo, Qiang Cai und Hailing Jin, 20. Juli 2023, Nature Communications.DOI : 10.1038/s41467-023-40093-4