Blattlaus-Speichelprotein fördert Virusinfektionen in Pflanzen

Das Risiko für pandemische Krankheiten, die durch Arboviren verursacht werden, steigt mit der Ausbreitungsrate ihrer Arthropoden-Vektoren. Während der Sondierung und Fütterung von Arthropodenvektoren werden vektorübertragene Viren zusammen mit dem Speichel des Vektors durch Stilettinjektion in Wirbeltier-/Pflanzenwirte eingeführt.

In einer neuen Studie, die in der Proceedings of the National Academy of Sciencesmachte eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Sun Yucheng vom Institut für Zoologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Fortschritte beim Verständnis der Rolle von Vektor-Speicheleffektoren bei komplizierten Wechselwirkungen zwischen Viren, Pflanzen und Insektenvektoren.

Blattläuse sind mit Abstand die wichtigsten Überträger von Pflanzenviren und könnten mehr als 300 Viren übertragen. Sie entwickelten einen spezialisierten Flügeldimorphismus mit flügellosen und geflügelten Morphen unter verschiedenen Umgebungen. In Bezug auf die Virusübertragung sind geflügelte Blattläuse aufgrund ihrer hohen Migrations- und Sondierungsfrequenz kompetentere Vektoren.

Trotz eines gewissen Verständnisses der Verhaltensmechanismen, die der Wirtsverschiebung und der mechanischen Inokulation durch Insektenvektoren zugrunde liegen, ist die genetische Grundlage für von Blattläusen stammende Effektoren, die die Übertragung von Pflanzenviren antreiben, weitgehend unbekannt. Frühere Studien zeigten, dass Insektenvektoren häufig einige Speichelproteine ​​einsetzten, um ihre Nahrungswege innerhalb der Wirte zu etablieren und die Wirtsimmunität zugunsten der Nahrungsaufnahme zu unterdrücken. Wie jedoch Speichelbestandteile in Vektoren Viren infektiöser machen, ist kaum bekannt.

Durch die Verwendung von zwei Pflanzenviren und ihrem natürlichen Vektor Myzus persicae und dem Nicht-Vektor Acyrthosiphon pisum testeten die Forscher die Hypothese, dass konservierte Speichelproteine ​​von Vektorinsekten die Virusübertragung erleichtern können. Die Aufdeckung der entscheidenden Rolle eines von Blattläusen abgeleiteten Effektors bei der Beschleunigung der Infektion nach der Übertragung in Pflanzen war bahnbrechend, da es das Verständnis von zwei unterschiedlichen, aber miteinander verbundenen Aspekten der Vektorbiologie erheblich voranbrachte.

Forscher fanden heraus, dass eine Carboanhydrase im Blattlausspeichel den Infektionsprozess von mindestens zwei Blattlaus-übertragbaren, nicht persistenten Viren in Pflanzengewebe förderte. Dieser Effekt tritt als Ergebnis eines verringerten apoplastischen pH-Werts auf, der zu einem erhöhten Vesikeltransport führt. Darüber hinaus zeigten sie, dass diese Carboanhydrase in geflügelten Blattläusen stärker exprimiert wurde als in Blattläusen ohne Flügel, was mit einer höheren Virusübertragung durch geflügelte Blattläuse übereinstimmt.

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die Carboanhydrase der Blattlaus entscheidend für die Gestaltung des Ergebnisses der Pflanzenreaktionen auf Blattläuse und Viren war: schädlich für die Nahrungsaufnahme von Blattläusen, aber vorteilhaft für eine Pflanzenvirusinfektion. Diese Studie lieferte wichtige Informationen zu Zielen zur Eindämmung der Ausbreitung von Pflanzenviren und -vektoren.