Seit Tausenden von Jahren werden Kulturpflanzen durch Domestizierungsprozesse geformt. Landwirte kreuzen und selektieren neue Sorten, die an sich ständig ändernde Umgebungen angepasst sind. Obwohl effizient, ist dieser Prozess zeitaufwändig. Außerdem muss das gewünschte Merkmal irgendwo in der Vielfalt der zu verbessernden Arten vorhanden sein.
Das Kopieren eines Mechanismus von einer Art in eine Art von agronomischem Interesse wird somit zu einer neuen Herausforderung. Unter den verfügbaren Technologien sind seit 2012 neue Techniken zur Bearbeitung des Pflanzengenoms verfügbar. Die CRISPR-Cas9-Technik, die oft mit einer molekularen Schere verglichen wird, ermöglicht es, eine Region der Pflanzen-DNA gezielt und präzise zu verändern.
Unter vielen Nutzpflanzenarten wie Paprika und Erbsen sind einige Sorten resistent gegen Krankheiten, die durch Viren der Gattung Potyvirus verursacht werden. Wie machen sie das? Um Pflanzen zu infizieren, müssen Viren Proteine von ihren Wirten entführen, aber diese Proteine erfüllen bereits Funktionen in der Pflanzenzelle. Pflanzen, die einer Infektion widerstehen, haben Mutationen in einem Gen erworben, das für eines dieser „Anfälligkeits“-Proteine kodiert.
Diese Mutationen machen die Nutzung des Wirtsproteins durch das Virus unmöglich, während es für die Pflanze funktionsfähig bleibt. Die Pflanze mit diesen Mutationen widersteht somit einer Infektion, ohne etwas anderes für die Pflanze zu verändern!
Eine neue Studie zielte darauf ab, diesen Mechanismus auf Pflanzen von agronomischem Interesse zu übertragen, indem seine Durchführbarkeit in Kirschtomaten untersucht wurde. Dazu verwendeten die Teams von INRAE einen Ansatz, der sich vom herkömmlichen Ansatz unterschied. Sie versuchten nicht, das Gen zu inaktivieren, das die Pflanze anfällig für das Virus macht, sondern modifizierten es, um die Mutationen nachzuahmen, die für die Resistenz in Erbsen oder Paprika verantwortlich sind.
Zu diesem Zweck wandten sie die CRISPR-Cas9-Technik an, um auf zwei Regionen dieses Gens abzuzielen. Diese gleichzeitigen Modifikationen führen zu Veränderungen des von diesem Gen produzierten Proteins. Diese Veränderungen verleihen der Pflanze eine starke Resistenz gegen mehrere Viren der Potyvirus-Gattung, einschließlich PVY. Wie bei natürlichen Mutationen, die in anderen Arten selektiert werden, verändern diese Veränderungen weder die Expression oder Akkumulation des von dem Gen produzierten Proteins, noch beeinträchtigen sie seine Funktion.
Diese Arbeit stellt einen Machbarkeitsnachweis dar und schlägt einen neuen Ansatz zur Bearbeitung präziser Mutationen vor, der darauf abzielt, natürliche Resistenzen in anfälligen Arten zu reproduzieren und somit den Einsatz von Pestiziden zu begrenzen.
Die Ergebnisse werden im veröffentlicht Zeitschrift für Pflanzenbiotechnologie.
Mehr Informationen:
Kyoka Kuroiwa et al., Eine iterative Geneditierungsstrategie erweitert die genetische Diversität von eIF4E1 in Solanum lycopersicum und erzeugt Resistenz gegen mehrere Potyvirus-Isolate, Zeitschrift für Pflanzenbiotechnologie (2023). DOI: 10.1111/pbi.14003
Bereitgestellt von INRAE – Nationales Forschungsinstitut für Landwirtschaft, Ernährung und Umwelt