Warkruid, een parasitaire plant die jaarlijks grote schade toebrengt aan gewassen in de VS en wereldwijd, kan de expressie van genen dempen in de waardplanten waaruit het water en voedingsstoffen haalt. Deze soortoverschrijdende genregulatie, waaronder genen die bijdragen aan de afweer van de waardplant tegen parasieten, nooit eerder gezien van een parasitaire plant. Het begrijpen van dit systeem zou onderzoekers een methode kunnen bieden om planten zo te manipuleren dat ze resistent zijn tegen de parasiet. Een paper waarin het onderzoek wordt beschreven door een team dat wetenschappers van Penn State en Virginia Tech omvat, verschijnt op 4 januari, 2018 in het journaal Natuur .

"Dodder is een obligate parasiet, wat betekent dat het niet op zichzelf kan leven, " zei Michael J. Axtell, hoogleraar biologie aan Penn State en auteur van het artikel. "In tegenstelling tot de meeste planten die door fotosynthese energie krijgen, dodder hevelt water en voedingsstoffen van andere planten af ​​door zichzelf te verbinden met het vasculaire systeem van de gastheer met behulp van structuren die haustoria worden genoemd. Dat hebben we kunnen laten zien, naast de voedingsstoffen die vanuit de waardplant over de haustoria naar de warkruid stromen, dodder geeft microRNA's door aan zijn waardplant die de expressie van gastheergenen op een zeer directe manier reguleren."

MicroRNA's zijn zeer korte stukjes nucleïnezuur - het materiaal van DNA en RNA - die kunnen binden aan boodschapper-RNA's die coderen voor eiwitten. Deze binding van microRNA aan boodschapper-RNA voorkomt dat het eiwit wordt gemaakt, ofwel door het proces direct te blokkeren of door andere eiwitten te activeren die het boodschapper-RNA in kleinere stukjes knippen. belangrijk, de kleine overblijfselen van het boodschapper-RNA kunnen dan functioneren als extra microRNA's, binding aan andere kopieën van het boodschapper-RNA, verdere gene silencing veroorzaken.

"Dodder lijkt de expressie van deze microRNA's aan te zetten wanneer het in contact komt met de waardplant, " zei James H. Westwood, hoogleraar plantenpathologie, fysiologie, en onkruidwetenschap bij Virginia Tech en een andere auteur van het artikel. "Wat echt interessant was, is dat de microRNA's specifiek gericht zijn op gastheergenen die betrokken zijn bij de verdediging van de plant tegen de parasiet."

Wanneer een plant wordt aangevallen door een parasiet, zet deze een aantal verdedigingsmechanismen in werking. Bij een van deze mechanismen vergelijkbaar met bloedstolling na een snee, de planten produceren een eiwit dat de stroom van voedingsstoffen naar de plaats van de parasiet blokkeert. MicroRNA van dodder richt zich op het boodschapper-RNA dat codeert voor dit eiwit, wat vervolgens helpt om een ​​vrije stroom van voedingsstoffen naar de parasiet te behouden. Het gen dat codeert voor dit stollingseiwit heeft een zeer vergelijkbare sequentie voor veel plantensoorten, en de onderzoekers toonden aan dat het microRNA van dodder zich richt op regio's van de gensequentie die het meest geconserveerd zijn in planten. Daarom, dodder kan dit stollingseiwit waarschijnlijk tot zwijgen brengen, en daardoor parasiteren, een grote verscheidenheid aan plantensoorten.

De onderzoekers hebben alle microRNA's in weefsel van alleen de parasiet gesequenced, de waardplant alleen, en een combinatie van twee. Door de sequentiegegevens van deze drie bronnen te vergelijken, ze waren in staat om microRNA's te identificeren van dodder die het plantenweefsel was binnengedrongen. Vervolgens maten ze de hoeveelheid messenger-RNA van genen die het doelwit waren van de dodder-microRNA's en zagen dat het niveau van messenger-RNA van de gastheer was verminderd wanneer de dodder-microRNA's aanwezig waren.

"Samen met eerdere voorbeelden van kleine RNA-uitwisseling tussen schimmels en planten, onze resultaten impliceren dat deze genre-overschrijdende genregulatie meer wijdverbreid kan zijn in andere plant-parasiet interacties, "zei Axtell. "Dus, met deze kennis, de droom is dat we uiteindelijk genbewerkingstechnologie zouden kunnen gebruiken om de microRNA-doelsites in de waardplanten te bewerken, voorkomen dat de microRNA's deze genen binden en tot zwijgen brengen. Resistentie tegen de parasiet op deze manier zou de economische impact van de parasiet op gewassen kunnen verminderen."