Entschlüsselung der genetischen Reaktion von Tomatenpflanzen auf eine Nematodeninfektion

Wurzelknotennematoden stellen eine erhebliche Bedrohung für die Landwirtschaft dar, da sie eine Vielzahl von Nutzpflanzen infizieren und jährlich Verluste in Milliardenhöhe verursachen. Diese Parasiten induzieren die Bildung von Gallen an Pflanzenwurzeln, ein wichtiger Teil ihres Lebenszyklus, der jedoch äußerst schädlich für die Wirtspflanze ist.

Das Verständnis der molekularen Mechanismen dieser parasitären Beziehung ist entscheidend für die Entwicklung wirksamer Resistenzstrategien. Angesichts der wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen von Nematodenbefall besteht dringender Bedarf an eingehender Erforschung der genetischen Neuprogrammierung, die diese Nematoden in ihren Wirtspflanzen hervorrufen.

Ein Forscherteam der University of Tennessee hat in Zusammenarbeit mit anderen Experten dies getan veröffentlicht eine Studie in Gartenbauforschung.

Die Studie untersucht die molekularen Veränderungen in Tomatenpflanzen, die durch eine Infektion mit Meloidogyne incognita, einer der häufigsten Arten von Wurzelknotennematoden, verursacht werden. Die Forschung konzentriert sich auf die Transkriptom- und Spleißomreaktionen der Pflanze sowohl lokal in den Gallen als auch systemisch im umgebenden Gewebe und liefert eine umfassende Analyse, wie diese Nematoden die genetische Maschinerie der Pflanze kapern, um eine günstige Umgebung für ihr Überleben zu schaffen.

Das Forschungsteam führte eine gründliche Analyse durch, wie Tomatenpflanzen auf molekularer Ebene auf eine Wurzelfadenwurminfektion reagieren. Durch die Untersuchung des Transkriptoms und des Spleißoms identifizierten sie eine beträchtliche Anzahl differentiell exprimierter Gene (DEGs) sowohl in den Gallen als auch im angrenzenden Wurzelgewebe und enthüllten ein ausgeklügeltes regulatorisches Netzwerk, das durch die Nematoden ausgelöst wird.

Die Studie ergab, dass eine Infektion zu koordinierten Veränderungen der Genexpression sowohl in den Gallen als auch in benachbarten Zellen führte, was auf ein komplexes interzelluläres Kommunikationssystem hinweist, das die Nematodenentwicklung unterstützt. Weitere Untersuchungen zu alternativen Spleißereignissen zeigten, wie eine Nematodeninfektion das Prä-mRNA-Spleißen moduliert und so die Genfunktion und die Proteinvielfalt beeinflusst.

Die Validierung mithilfe eines transgenen Haarwurzelsystems zeigte, dass diese gespleißten Ereignisse eine entscheidende Rolle bei der Gallenbildung und der Produktion von Nematoden-Eiern spielen, was Aufschluss über die komplizierten molekularen Mechanismen gibt, durch die Nematoden ihre Pflanzenwirte manipulieren.

Dr. Tarek Hewezi, der korrespondierende Autor der Studie, erklärt: „Unsere Forschung bietet einen beispiellosen Einblick in die genetische Neuprogrammierung von Tomatenpflanzen durch Wurzelknotennematoden. Diese Erkenntnisse erweitern nicht nur unser Verständnis der Pflanze-Parasit-Interaktion, sondern eröffnen auch neue Erkenntnisse.“ neue Wege für die Entwicklung innovativer Strategien zur Bekämpfung dieser zerstörerischen Schädlinge eröffnen.“

Die Auswirkungen dieser Forschung sind weitreichend und bieten erhebliche potenzielle Anwendungen in der Landwirtschaft. Durch das Verständnis der genetischen Mechanismen, die den Reaktionen von Pflanzen auf Nematodeninfektionen zugrunde liegen, können Forscher Nutzpflanzen entwickeln, die widerstandsfähiger gegen diese parasitären Schädlinge sind. Solche Fortschritte könnten zu geringeren Ernteverlusten, erhöhter Ertragsstabilität und nachhaltigeren landwirtschaftlichen Praktiken führen und letztendlich zur globalen Ernährungssicherheit und landwirtschaftlichen Nachhaltigkeit beitragen.

Weitere Informationen:
Selin Ozdemir et al., Lokale und systemische Transkriptom- und Spleißom-Reprogrammierung, induziert durch den Wurzelknotennematoden Meloidogyne incognita in Tomaten, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae206

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