Studie zeigt, dass die natürliche Reaktion von Apfelbäumen auf Viren den Mechanismus der genetischen Veränderung widerspiegelt

Apfelbäume reagieren auf eine häufige Virusinfektion, indem sie auf ein Gen auf demselben Weg abzielen, auf den Genetiker abzielen, finden Wissenschaftler der Universität Manchester. Die Entdeckung veröffentlicht in Aktuelle Biologie zeigt, dass die Obstbäume, die bei einer Infektion gummiartige Zweige entwickeln, widerspiegeln, wie Wissenschaftler versuchen, Bäume genetisch zu verändern.

Das Apple Rubbery Wood Virus (ARWV), das die Gummiholzkrankheit verursacht, ist heute weitgehend – wenn nicht sogar vollständig – von kommerziellen Apfelbäumen eliminiert. Eine umfangreiche Untersuchung in Großbritannien in den 1950er Jahren, als ARWV weit verbreitet war, ergab jedoch, dass in einigen Fällen über 50 % der beprobten Apfelbäume mit dem Virus infiziert waren. Die weltweite Verbreitung des Virus ist gut dokumentiert.

Obwohl ihre Zweige flexibler werden, wurden keine nachteiligen Auswirkungen auf Menschen, die Früchte von den infizierten Bäumen gegessen haben, festgestellt, und es gab keine nachteiligen Folgen für die Umwelt.

Die Studie liefert auch wichtige Erkenntnisse darüber, wie Wissenschaftler eines Tages in der Lage sein könnten, holziges Pflanzengewebe so zu verarbeiten, dass es effizient Zucker produziert, der für Biokraftstoffe benötigt wird. Holziges Pflanzenmaterial stellt eine riesige erneuerbare Ressource dar, die das Potenzial hat, Biokraftstoffe und andere Chemikalien mit günstigeren Netto-Kohlendioxidemissionen herzustellen. Wissenschaftler haben jedoch noch keinen effizienten Weg gefunden, um den beträchtlichen Zuckervorrat freizusetzen, der auf etwa 70 % geschätzt wird.

Das wissenschaftliche Team zeigte, dass die Symptome von ARWV-Infektionen auf einer Verringerung von Lignin beruhen – einem komplexen organischen Polymer, das ein wichtiges Strukturmaterial bildet, das das Gewebe der meisten Pflanzen unterstützt.

Mithilfe von Next-Generation-Sequencing (NGS) zur Analyse der Expression aller Gene in den Zweigen des gummiartigen Apfelbaums entdeckten sie, dass Phenylalanin-Ammoniak-Lyase (PAL), ein Enzym, das für die Lignin-Biosynthese verantwortlich ist, von der Pflanze als Reaktion auf die Infektion unterdrückt wurde.

Die Reaktion auf eine ARWV-Infektion führt dazu, dass die Pflanze mehrere kleine interferierende RNAs erzeugt, die als (vasiRNAs) bekannt sind. Die vasiRNAs zielen dann auf mehrere pflanzeneigene Gene ab, die herunterreguliert – oder abgebaut – werden sollen, was vermutlich Teil einer antiviralen Abwehrreaktion ist.

Eines der von der Pflanze herunterregulierten Gene ist PAL, und dies führt zu einer Verringerung der Ligninbiosynthese, die den Ästen eine erhöhte Flexibilität verleiht und die Freisetzung von Zucker erleichtert.

Der Mechanismus, den das Apfelgummiholzvirus zur Veränderung von Lignin verwendet, ähnelt stark dem, wie Wissenschaftler Lignin in gentechnisch veränderten Bäumen verändert haben, um es leichter zu verarbeiten. Trotz des veränderten Lignins wachsen die Bäume normal.

Hauptautor Professor Simon Turner sagte: „Die weit verbreitete Gentechnik vieler Pflanzen wird durch regulatorische Hürden und öffentlichen Widerstand eingeschränkt, und dies scheint insbesondere für Bäume zu gelten. Diese Forschungsergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zu dieser Debatte.

„Aus unserer Arbeit geht hervor, dass Technologien, die als neu gelten und unter behördlicher Aufsicht stehen, Ähnlichkeiten mit Ereignissen aufweisen, die als natürlich auftretend gelten.

„Es scheint, dass die ARWV-Infektionen ohne unser Wissen so etwas wie einen riesigen Feldversuch durchgeführt haben.

„Da die Krankheit seit vielen Jahrzehnten weltweit verbreitet ist, würden selbst vorsichtige Schätzungen darauf hindeuten, dass viele tausend infizierte Apfelbäume vermehrt wurden.

„Millionen von Äpfeln von ARWV-infizierten Bäumen wurden trotz der siRNA-induzierten Veränderungen im Lignin, die durch die Reaktion der Pflanze auf das Virus verursacht wurden, ohne bekannte negative Auswirkungen auf die Gesundheit oder die Umwelt gegessen.“

Er fügte hinzu: „Derzeit nutzt die Biokraftstoffindustrie riesige landwirtschaftliche Flächen, um Maisstärke zu produzieren, aus der 60 Milliarden Liter Bioethanol erzeugt werden.

„Das ist im Hinblick auf die CO2-Einsparung relativ ineffizient, kann sich aber auch auf die globalen Lebensmittelproduktionssysteme auswirken.

„Aber unser besseres Verständnis dieses Mechanismus könnte eines Tages das Potenzial erschließen, den Zucker innerhalb des Holzgewebes zu isolieren, wodurch die Produktion von Biokraftstoffen viel effizienter wird.“