Forscher entdecken, dass sich pflanzliche RNA-Abwehrsysteme in unscheinbaren „Blasen“ verstecken, um Schimmelbefall zu bekämpfen

Wissenschaftler der UC Riverside haben eine getarnte molekulare Waffe entdeckt, mit der Pflanzen die Zellen eindringender Grauschimmel angreifen.

Wenn Sie jemals ein flockiges Stück Obst in Ihrem Kühlschrank gesehen haben, haben Sie Grauschimmel gesehen. Es handelt sich um einen aggressiven Pilz, der mehr als 1.400 verschiedene Pflanzenarten befällt: fast alle Obst- und Gemüsesorten und viele Blumen. Es ist der zweitschädlichste Pilz für Nahrungspflanzen weltweit und verursacht jährliche Ernteverluste in Milliardenhöhe.

Ein neuer Papier im Tagebuch Zellwirt und Mikrobe beschreibt, wie Pflanzen winzige, harmlos wirkende, mit RNA gefüllte Lipidbläschen über die feindlichen Linien in die Zellen des aggressiven Schimmelpilzes schicken. Im Inneren kommen verschiedene Arten von RNA zum Vorschein, um die infektiösen Zellen zu unterdrücken, die sie angesaugt haben.

„Pflanzen sitzen nicht einfach da und tun nichts. Sie versuchen, sich vor dem Schimmel zu schützen, und jetzt haben wir eine bessere Vorstellung davon, wie sie das tun“, sagte Hailing Jin, Professor für Mikrobiologie und Pflanzenpathologie am UCR und Hauptautor des neuen Papiers.

Zuvor hatte Jins Team herausgefunden, dass Pflanzen die Bläschen, technisch gesehen extrazelluläre Vesikel, nutzen, um kleine RNA-Moleküle zu versenden, die in der Lage sind, Gene zum Schweigen zu bringen, die den Schimmelpilz virulent machen. Jetzt hat das Team herausgefunden, dass diese Blasen auch Boten-RNA- oder mRNA-Moleküle enthalten können, die wichtige zelluläre Prozesse angreifen, einschließlich der Funktionen von Organellen in Schimmelpilzzellen.

„Diese mRNAs können einige Proteine ​​kodieren, die in den Mitochondrien der Schimmelpilzzellen landen. Das sind die Kraftwerke jeder Zelle, weil sie Energie erzeugen“, erklärte Jin. „Sobald sie drinnen sind, bringen sie die Struktur und Funktion der Mitochondrien des Pilzes durcheinander, was das Wachstum und die Virulenz des Pilzes hemmt.“

Es ist nicht ganz klar, warum der Pilz die Lipidbläschen akzeptiert. Jin vermutet, dass sie einfach nur hungrig sind. „Der Pilz nimmt die Vesikel wahrscheinlich auf, weil er einfach nur Nährstoffe will. Er weiß nicht, dass diese RNAs in den Vesikeln versteckt sind“, sagte sie.

Für die Pflanzen ist die Strategie effizient, da ein mRNA-Molekül eine übergroße Wirkung auf den Pilz haben kann. „Das Schöne an der Abgabe von mRNA anstelle anderer Formen molekularer Waffen ist, dass eine RNA in viele Kopien von Proteinen übersetzt werden kann. Dies verstärkt die Wirkung der mRNA-Waffe“, sagte Jin.

Schimmel nutzt dieselben Lipidblasen auch, um kleine, schädliche RNAs in die Pflanzen zu schleusen, die sie infizieren, um die Immunität des Wirts zu unterdrücken, eine Fähigkeit, die im Rahmen eines koevolutionären Wettrüstens entwickelt wurde. Da RNAs leicht abgebaut werden, bieten die Blasen einen hervorragenden Schutz für den Transport empfindlicher Fracht, sowohl für Pflanzen als auch für Pilze.

„Bei Infektionen gibt es immer viele Kommunikations- und Molekülaustausche, bei denen Pflanzen und Pilze versuchen, gegeneinander zu kämpfen“, sagte Jin. „Früher hat man sich mit dem Austausch von Proteinen beschäftigt. Dank moderner Technologie konnten wir nun eine weitere wichtige Gruppe von Akteuren in diesem Kampf entdecken.“

Die Wissenschaftler hoffen, diese Entdeckung künftig für die Entwicklung innovativer, umweltfreundlicher Fungizide nutzen zu können. „RNA-basierte Fungizide würden keine giftigen Rückstände in der Umwelt hinterlassen und weder Menschen noch Tiere beeinträchtigen. RNA ist in den meisten Lebensmitteln vorhanden und leicht verdaulich“, sagte Jin.

„Es gibt einen nie endenden Kampf um die Bekämpfung von Schädlingen und Krankheitserregern. Wenn wir mRNA liefern können, die die Zellfunktionen von Schimmelpilzen stört, können wir Pflanzen möglicherweise dabei helfen, diesen Kampf effektiver zu bekämpfen.“