Neues Hightech-Spray gibt heimischen Bäumen Hoffnung

Vor etwa einem Jahrzehnt erreichte eine invasive Pilzkrankheit namens Myrtenrost Australien und begann sich dort auszubreiten breitet sich wie eine Plage in bestimmten Pflanzen aus. Die Krankheit befällt Pflanzen aus der Familie der Myrtaceae, zu denen Eukalyptusbäume, Papierrindengewächse und Liliengewächse gehören 10 % der australischen Pflanzenvielfalt.

In nur wenigen Jahren ist Myrtenrost entstanden veränderte Ökosysteme durch die Zerstörung von Bäumen und ihren Baumkronen, ganze Arten ausgelöscht in bestimmten Bereichen und eingenommen wirtschaftlicher Tribut auf Industrien, die Bäume wie Zitronenmyrte und Teebaum anbauen.

Die Krankheit ist eine sich langsam bewegende ökologische Abrissbirne: Umfragen deuten darauf hin, dass sie zumindest fahren könnte 16 Arten von Regenwaldbäumen innerhalb einer Generation in freier Wildbahn vom Aussterben bedroht, weitere 20 Arten sind gefährdet.

Wir haben eine RNA-Technologie ähnlich der in COVID-Impfstoffen eingesetzt, um eine äußerst gezielte Behandlung gegen Myrtenrost zu entwickeln: ein Spray, das selbst stark infizierte Bäume in etwa sechs Wochen wieder gesund machen kann. Unsere Studie war veröffentlicht In Kommunikationsbiologie.

Gefährdete Arten an abgelegenen Orten

Die aktuellen Ansätze zur Bekämpfung von Baumkrankheiten sind begrenzt. Wir können Fungizide mit einer Politik der verbrannten Erde anwenden tötet alle Pilze aboder wir können Pflanzen auf Resistenz gegen den Erreger züchten.

Keine dieser Strategien ist wirksam gegen Myrtenrost. Es gibt zu viele Arten, die es zu verteidigen gilt, und sie befinden sich an einigen der entlegensten Orte, die man sich vorstellen kann.

Beispielsweise wird eine Baumart genannt, die durch Myrtenrost vom Aussterben bedroht ist Lenwebbia sp. Hauptsortiment. Sie wächst nur an Felswänden in der Nightcap Range im Norden von New South Wales.

Darüber hinaus sind viele kulturell bedeutsame und symbolträchtige Bäume in Australien und Aotearoa (Neuseeland) langlebig und können saisonal nicht gegen resistente Genotypen ausgetauscht werden.

Wenn es keine Behandlung gegen Myrtenrost gibt, besteht die Schutzmaßnahme darin Samen lagern um die Genetik für künftige Generationen zu bewahren.

RNA-Interferenz

Unsere Behandlung gegen Myrtenrost nutzt einen molekularen Mechanismus, über den fast alle verfügen Pflanzen, Tiere und Pilze Dies wird als „RNA-Interferenz“ bezeichnet.

RNA ist ein lebenswichtiges Molekül, ähnlich der DNA, die meist in Einzelsträngen vorliegt. Wenn eine Zelle doppelsträngige RNA erkennt (die in der Natur im Allgemeinen einen Virus oder eine andere Bedrohung darstellt), löst sie eine RNA-Interferenz aus, um den Eindringling zu zerstören.

Das RNA-Interferenzsystem lernt, die Bedrohung zu erkennen und zerstört dann auch jede zufällig passende einzelsträngige Boten-RNA. Dieser natürlich vorkommende Mechanismus kann genutzt werden, um sowohl Pflanzen als auch Menschen gegen Krankheitserreger zu verteidigen. einschließlich Pilze.

Wir haben doppelsträngige RNA entwickelt, die mit essentiellen Genen des Pilzes übereinstimmt, der Myrtenrost verursacht, und sie auf die Blätter infizierter Pflanzen gesprüht. Dies löste den RNA-Interferenzmechanismus des Pilzes aus und sabotierte die Funktion von Genen, die er zum Überleben benötigt.

Behandlung schwerer Infektionen

Rostpilze produzieren mikroskopisch kleine Rammbockstrukturen, sogenannte Appressorien, die dazu dienen, gewaltsam in die Blätter des Wirts einzudringen. Die meisten mit doppelsträngiger RNA behandelten Pilzsporen konnten nicht keimen, um ihre Rammböcke zu produzieren, und diejenigen, die es taten, waren es verdorrt und machtlos.

Doppelsträngige RNA kann auch vorab auf Pflanzen gesprüht werden, um die Sporenkeimung zu hemmen und Krankheiten vollständig verhindern.

Als nächstes haben wir getestet, ob unser RNA-Spray Krankheiten bei stark infizierten Pflanzen stoppen und heilen kann. Wir sahen, dass es das Fortschreiten der Krankheit hemmte, und nach sechs Wochen war es sogar bei stark infizierten Pflanzen der Fall erholte sich wieder in einen gesunden Zustand.

Eine gezielte Behandlung

Wir wollten sicherstellen, dass unsere Behandlung nicht versehentlich irgendetwas außer dem Myrtenrostpilz befällt, also haben wir entworfen es mit „Barcode-Gene„, die die Art eindeutig identifizieren.

Barcoding-Gene sind hervorragende Ziele für RNA-Interferenzen. Sie sind im Allgemeinen bei allen Mitgliedern einer Art identisch, unterscheiden sich zwischen eng verwandten Arten und steuern normalerweise eine wesentliche Zellfunktion.

Der am engsten verwandt Rostpilz, der Erreger, der Myrtenrost verursacht, kommt auf einem eingebürgerten Straßenbaum in Australien namens Albizzia lebbeck vor, ist aber so unterschiedlich, dass er von unserer Behandlung nicht betroffen ist. Es ist äußerst unwahrscheinlich, dass irgendein nicht verwandter Organismus eine identische Barcode-Gensequenz wie der Myrtenrost-Erreger aufweist, daher erwarten wir keine Nebenwirkungen außerhalb des Ziels.

Ein weiterer Vorteil der gezielten Behandlung eines Barcode-Gens besteht darin, dass unsere Behandlung eine nachhaltige Wirkung hat. Im Gegensatz zu einigen anderen Genen können sich Barcode-Gene nicht durch Mutation verändern, ohne das Überleben des Organismus zu gefährden.

Dies bedeutet, dass der Erreger weniger wahrscheinlich ist Widerstand entwickeln. Und wenn sich doch eine Resistenz gegen doppelsträngige RNA entwickelt, kann die Zielsequenz innerhalb weniger Tage so verändert werden, dass sie wieder zum Rost passt.

Ein integrierter Ansatz

Es gibt kein Allheilmittel zur Bekämpfung von Krankheitserregern in einheimischen Ökosystemen und in der Landwirtschaft. Die der australischen Regierung Myrtenrost-Aktionsplan empfiehlt einen integrierten Ansatz zur Bekämpfung dieser zerstörerischen Krankheit.

In den kommenden Jahren kann doppelsträngige RNA eingebaut werden, um die Myrtenrost-Epidemie in Australien zu bekämpfen. Wir hoffen, dass es besonders nützlich für den Naturschutz, die Industrie und die Behandlung einzelner Bäume sein wird – insbesondere von kulturell bedeutsamen Bäumen.

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