Als die globale Ernährungsunsicherheit im Jahr 2022 einen gefährlichen Höhepunkt erreichte, verstärkten Wissenschaftler ihre Bemühungen, bewährte Verfahren zum Schutz der Erträge wichtiger Nutzpflanzen zu perfektionieren, die für die Bekämpfung dieses Problems unerlässlich sind. Und obwohl Reis einen kleinen Teil der jährlichen Ernte Missouris ausmacht, ist er – zusammen mit Mais und Sojabohnen – ein Grundnahrungsmittel, das nicht nur in den Vereinigten Staaten, sondern auf der ganzen Welt dazu beiträgt, die Ernährungsunsicherheit zu bekämpfen.
In einer aktuellen Studie, die untersuchte, wie Krankheiten in Reispflanzen wirken, haben Forscher der University of Missouri möglicherweise entscheidende Antworten gefunden.
In dieser Studie nutzte Bing Yang, Professor für Pflanzenbiologie am MU College of Agriculture, Food and Natural Resources und am Donald Danforth Plant Science Center, die Bearbeitung des Genoms als Instrument zur Identifizierung problematischer Krankheitserreger in bestimmten Bakterien, die zu häufigen Infektionen in Reis führen Getreide. Seine Forschung hilft Wissenschaftlern zu verstehen, wie diese Krankheitserreger funktionieren, und kann so bestimmen, wie sie sich vor weit verbreiteten Infektionen schützen können, die Erträge zerstören.
Diese Forschung liefert Einblicke in die Wirt-Erreger-Beziehung und ermöglicht es Wissenschaftlern, Pflanzen gentechnisch besser so zu verändern, dass sie Pflanzenkrankheiten überleben.
„Basierend auf den Fortschritten im wissenschaftlichen Verständnis, die während dieser Studie erzielt wurden, sind wir nun in der Lage, Strategien zu entwickeln, um eine Wirtsresistenz gegen die Bakterien zu erzeugen“, sagte Yang. „So können wir Pflanzenresistenzen generell unterstützen.“
Zunächst entdeckte das Forschungsteam eine Möglichkeit, Gene „auszuschalten“. Wenn bestimmte Gene aus den Bakterien entfernt werden, können Wissenschaftler die Funktionen dieser spezifischen Gene besser verstehen. Anschließend testeten die Forscher die infektiösen Eigenschaften – ein Prozess, der in der Vergangenheit ein arbeitsintensiver Prozess war.
„Diese Forschung ermöglicht es uns, besser zu verstehen, welche Bakterien pathogene Eigenschaften besitzen und wie diese Eigenschaften mit Infektionen bei bestimmten Pflanzenarten zusammenhängen“, sagte Yang. „Letztendlich helfen uns diese Fortschritte in der Genbearbeitung dabei, das Genom von Nutzpflanzen, in diesem Fall Reis, so zu verändern, dass Resistenzen aufgebaut werden, die sie vor Krankheiten schützen.“
Mit einer revolutionären Genbearbeitungstechnik namens CRISPR – einer Methode, bei der Wissenschaftler Gene bearbeiten, indem sie DNA schneiden und sie dann auf natürliche Weise reparieren lassen – bearbeiteten Yang und sein Team eine Bakterienprobe mit dem Ziel, genau zu bestimmen, welche Gene pathogene Eigenschaften hatten, die Proteine infizieren würden im Genom der Reisernte.
Insbesondere revolutioniert Yangs Methode einen Prozess, der als homologe Rekombination bekannt ist und als ineffektiv und zeitaufwändig bekannt ist.
„Mein langfristiges Forschungsziel ist ein besseres Verständnis der Biologie von Krankheiten und der Pflanzenbiologie sowie des Prozesses des Einsatzes fortschrittlicher Technologie zur Entwicklung von Krankheitsresistenzen“, sagte Yang. „Außerdem möchte ich das Produkt so entwickeln, dass es nahrhafter und in größerer Menge erhältlich ist, während gleichzeitig der Ertrag einer Saison erhöht und der Ertragsverlust verringert wird.“
Als Experte für Pflanzenpathologie seit mehr als 15 Jahren sagte Yang, dass Bakterien, einschließlich solcher mit symbiotischen (nützlichen) und pathogenen Eigenschaften, für die Erhaltung des Lebens und der Gesundheit unserer Ökosysteme von wesentlicher Bedeutung sind.
„Effiziente CRISPR-Cas9-basierte Cytosin-Base-Editoren für phytopathogene Bakterien“ wurde veröffentlicht in Kommunikationsbiologie.
Mehr Informationen:
Chenhao Li et al., Effiziente CRISPR-Cas9-basierte Cytosin-Base-Editoren für phytopathogene Bakterien, Kommunikationsbiologie (2023). DOI: 10.1038/s42003-023-04451-8