Ein vielversprechendes bakterielles Selbstmordgen gegen Zitrusfrüchte, Huanglongbing und Krebs

Huanglongbing (HLB), verursacht durch Candidatus Liberibacter asiaticus (CaLas), ist weltweit die Todesursache Nr. 1 bei Zitrusbäumen. HLB verursacht der globalen Zitrusindustrie jährliche wirtschaftliche Verluste in Milliardenhöhe.

Derzeit stehen den Zitrusbauern keine HLB-resistenten Sorten und keine wirksamen Therapeutika zur Verfügung. Die durch Xanthomonas citri pv.citri (Xcc) verursachte Zitruskrebskrankheit ist eine weitere verheerende Krankheit in der Zitrusindustrie, die fast alle Zitrussorten schädigen kann und derzeit auf dem Vormarsch ist. Die Züchtung krankheitsresistenter Sorten ist der grundlegende Weg zur Vorbeugung von HLB und Zitruskrebs.

Bakteriophagen sind die natürlichen Feinde von Bakterien. Sie sezernieren hauptsächlich Endolysine über das Holin-Endolysin-Lysesystem in das Periplasma der Wirtszelle und durchbrechen die Zellwand, um Bakterien abzutöten. Daher gilt Endolysin auch als bakterielles Suizidgen. Bakteriophagen und ihre lytischen Gene sind ein wirksames Mittel zur Bekämpfung von Krankheiten, indem sie bakteriellen „Selbstmord“ auslösen, um das Wachstum von Krankheitserregern zu unterdrücken.

Im August 2023, Gartenbauforschung veröffentlichte eine Forschungsarbeit mit dem Titel „Ein Endolysin-Gen aus Candidatus Liberibacter asiaticus verleiht eine doppelte Resistenz gegen Huanglongbing und Zitruskrebs.“ Die Forscher fanden heraus, dass ein vom CaLas-Prophagen kodiertes Endolysin eine doppelte Resistenz gegen Huanglongbing und Zitruskrebs aufweist.

In dieser Studie wurden zwei Endolysin-Gene LasLYS1 und LasLYS2 aus dem CaLas-Genom kloniert. In-vitro-Antibiotikatests zeigen, dass LasLYS2 eine sichtbare bakterizide Aktivität gegen mehrere Rhizobiumbakterien und Xcc aufweist. Mehr als zweijährige Gewächshaustests bestätigen, dass LasLYS1 und LasLYS2 eine dauerhafte Resistenz gegen HLB aufweisen. Wichtig ist, dass transgene LasLYS2-Pflanzen keine Symptome wie Blattchlorose und Wurzelfäule zeigen, aber LasLYS2 kann CaLas auch vollständig aus infizierten Pflanzen entfernen.

Transgene LasLYS2-Pflanzen mit erhöhter HLB-Resistenz weisen auch eine Resistenz gegen Zitruskrebs auf. Die ektopische Expression von LasLYS1 und LasLYS2 in Zitrusfrüchten fördert die Vermehrung der nützlichen Bakterien Burkholderiaceae und Rhodanobacteraceae, hemmt jedoch das Wachstum von Xanthomonadaceae und Rhizobiaceae in Wurzeln, was die Abwehrreaktion der Zitrusfrüchte begünstigt.

Darüber hinaus enthüllt das Forschungsteam, dass die Lyz-Domäne 2 das wichtigste bakterizide Motiv von LasLYS2 war. Basierend auf den Strukturen von LasLYS1 und LasLYS2 synthetisieren Forscher erfolgreich vier neue Endolysine mit abtötender Wirkung gegen CaLas und Xcc.

Zusammenfassend liefert die Forschung Erkenntnisse für die Entwicklung bakterizider Proteine ​​oder Peptide gegen HLB- und Krebserreger von Zitrusfrüchten, aber auch für die Züchtung neuen Keimplasmas von Zitrusfrüchten mit Breitbandresistenz.