Landbrugsparasit tager kontrol over værtsplantens gener

Dodder, en parasitisk plante, der hvert år forårsager store skader på afgrøder i USA og på verdensplan, kan dæmpe ekspressionen af ​​gener i værtsplanterne, hvorfra den får vand og næringsstoffer. Denne genregulering på tværs af arter, som omfatter gener, der bidrager til værtsplantens forsvar mod parasitter, er aldrig før set fra en snylteplante. Forståelse af dette system kan give forskere en metode til at konstruere planter til at være resistente over for parasitten. Et papir, der beskriver forskningen udført af et hold, der omfatter forskere ved Penn State og Virginia Tech, vises den 4. januar, 2018 i bladet Natur .

"Dodder er en obligatorisk parasit, betyder, at den ikke kan leve alene, " sagde Michael J. Axtell, professor i biologi ved Penn State og forfatter til papiret. "I modsætning til de fleste planter, der får energi gennem fotosyntese, dodder sifonerer vand og næringsstoffer fra andre planter ved at forbinde sig med værtens vaskulære system ved hjælp af strukturer kaldet haustoria. Vi var i stand til at vise, at ud over de næringsstoffer, der strømmer ind i dodder fra værtsplanten på tværs af haustoria, Dodder sender mikroRNA'er ind i sin værtsplante, der regulerer ekspressionen af ​​værtsgener på en meget direkte måde."

MikroRNA'er er meget korte nukleinsyrestykker - materialet af DNA og RNA - som kan binde sig til messenger-RNA'er, der koder for protein. Denne binding af mikroRNA til messenger RNA forhindrer proteinet i at blive fremstillet, enten ved at blokere processen direkte eller ved at udløse andre proteiner, der skærer messenger-RNA'et i mindre stykker. Vigtigere, de små rester af messenger-RNA'et kan derefter fungere som yderligere mikroRNA'er, binding til andre kopier af messenger RNA, forårsager yderligere gendæmpning.

"Dodder ser ud til at tænde for udtrykket af disse mikroRNA'er, når det kommer i kontakt med værtsplanten, " sagde James H. Westwood, professor i plantepatologi, fysiologi, og ukrudtsvidenskab ved Virginia Tech og en anden forfatter til papiret. "Det, der virkelig var interessant, er, at mikroRNA'erne specifikt målretter mod værtsgener, der er involveret i plantens forsvar mod parasitten."

Når en plante angribes af en parasit, igangsætter den en række forsvarsmekanismer. I en af ​​disse mekanismer, ligner blodpropper efter et snit, planterne producerer et protein, der størkner strømmen af ​​næringsstoffer til stedet for parasitten. MicroRNA fra dodder er rettet mod messenger RNA, der koder for dette protein, som så hjælper med at opretholde et frit flow af næringsstoffer til parasitten. Genet, der koder for dette koagulationsprotein, har en meget lignende sekvens på tværs af mange plantearter, og forskerne viste, at mikroRNA'et fra dodder er målrettet mod områder af gensekvensen, der er bedst bevaret på tværs af planter. På grund af dette, dodder kan formentlig få dette koagulationsprotein til at tie, og derfor parasitere, en bred vifte af plantearter.

Forskerne sekventerede alle mikroRNA'er i væv fra parasitten alene, værtsplanten alene, og en kombination af to. Ved at sammenligne sekventeringsdata fra disse tre kilder, de var i stand til at identificere mikroRNA'er fra dodder, der var kommet ind i plantevævet. De målte derefter mængden af ​​messenger-RNA fra gener, der var målrettet af dodder-mikroRNA'erne og så, at niveauet af messenger-RNA fra værten blev reduceret, når dodder-mikroRNA'erne var til stede.

"Sammen med tidligere eksempler på lille RNA-udveksling mellem svampe og planter, vores resultater antyder, at denne genregulering på tværs af arter kan være mere udbredt i andre plante-parasit-interaktioner, sagde Axtell. med denne viden, drømmen er, at vi med tiden kunne bruge genredigeringsteknologi til at redigere mikroRNA-målstederne i værtsplanterne, forhindrer mikroRNA'erne i at binde og dæmpe disse gener. Teknisk resistens mod parasitten på denne måde kunne reducere parasittens økonomiske indvirkning på afgrødeplanter."