In tijden van oorlog worden fabrieken aangepast om de behoeften van de strijd te ondersteunen. Assemblagelijnen veranderen van koers van het produceren van auto-onderdelen tot machinegeweren, of van het bouwen van wasmachines tot vliegtuigmotoren.

Om het professor Xinnian Dong van Duke University te horen vertellen:planten kunnen ook overschakelen van productie in vredestijd naar productie in oorlogstijd.

Gewassen en andere planten worden vaak aangevallen door bacteriën, virussen en andere ziekteverwekkers. Wanneer een plant een microbiële invasie waarneemt, brengt hij radicale veranderingen aan in de chemische soep van eiwitten - de werkpaardmoleculen van het leven - in zijn cellen.

De afgelopen jaren hebben Dong en haar team uitgezocht hoe ze het doen. In een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Cell , Dong en eerste auteur Jinlong Wang onthullen de belangrijkste componenten in plantencellen die hun eiwitproducerende machines herprogrammeren om ziekten te bestrijden.

Elk jaar gaat ongeveer 15% van de gewasopbrengst verloren aan bacteriële en schimmelziekten, wat de wereldeconomie zo'n 220 miljard dollar kost. Planten vertrouwen op hun immuunsysteem om hen te helpen terug te vechten, zei Dong.

In tegenstelling tot dieren hebben planten geen gespecialiseerde immuuncellen die door de bloedbaan naar de plaats van infectie kunnen reizen; elke cel in de plant moet kunnen staan ​​en vechten om zichzelf te verdedigen, en snel overschakelen naar de gevechtsmodus.

Wanneer planten worden aangevallen, verschuiven ze hun prioriteiten van groei naar verdediging, zodat cellen nieuwe eiwitten gaan synthetiseren en de productie van andere onderdrukken. Dan "binnen twee tot drie uur wordt alles weer normaal", zei Dong.

De tienduizenden eiwitten die in cellen worden gemaakt, doen veel taken:reacties katalyseren, dienen als chemische boodschappers, vreemde stoffen herkennen, materialen naar binnen en naar buiten verplaatsen. Om een ​​specifiek eiwit te bouwen, worden genetische instructies in het DNA dat in de celkern is verpakt, getranscribeerd in een boodschappermolecuul dat mRNA wordt genoemd. Deze mRNA-streng gaat vervolgens het cytoplasma in, waar een structuur die een ribosoom wordt genoemd, de boodschap "leest" en deze in een eiwit vertaalt.

In een onderzoek uit 2017 ontdekten Dong en haar team dat wanneer een plant geïnfecteerd is, bepaalde mRNA-moleculen sneller in eiwitten worden omgezet dan andere. Wat deze mRNA-moleculen gemeen hebben, ontdekten de onderzoekers, is een gebied aan de voorkant van de RNA-streng met terugkerende letters in de genetische code, waar de nucleotidebasen adenine en guanine zich steeds weer herhalen.

In de nieuwe studie laten Dong, Wang en collega's zien hoe deze regio samenwerkt met andere structuren in de cel om de eiwitproductie in oorlogstijd te activeren.

Ze toonden aan dat wanneer planten een pathogene aanval detecteren, de moleculaire wegwijzers die het gebruikelijke startpunt aangeven voor ribosomen om op te landen en het mRNA te lezen, worden verwijderd, waardoor de cel zijn typische "vredestijd"-eiwitten niet kan maken.

In plaats daarvan omzeilen ribosomen het gebruikelijke startpunt voor translatie, waarbij ze het gebied van terugkerende As en G's in het RNA-molecuul gebruiken om te koppelen en in plaats daarvan beginnen met lezen.

"Ze nemen eigenlijk een kortere weg," zei Dong.

Voor planten is het bestrijden van infecties een evenwichtsoefening, zei Dong. Het toewijzen van meer middelen aan defensie betekent dat er minder beschikbaar is voor fotosynthese en andere activiteiten in het leven. Het produceren van te veel afweer-eiwitten kan bijkomende schade veroorzaken:planten met een overactief immuunsysteem lijden aan groeiachterstand.

Door te begrijpen hoe planten dit evenwicht vinden, hopen wetenschappers nieuwe manieren te vinden om ziekteresistente gewassen te ontwikkelen zonder de opbrengst in gevaar te brengen.

Het team van Dong deed het grootste deel van hun experimenten in een mosterdachtige plant genaamd Arabidopsis thaliana. Maar vergelijkbare mRNA-sequenties zijn gevonden in andere organismen, waaronder fruitvliegen, muizen en mensen, dus ze kunnen een bredere rol spelen bij het beheersen van de eiwitsynthese bij zowel planten als dieren, zei Dong. + Verder verkennen

Structuur van 'gliding bird' plantaardig eiwit kan leiden tot betere gewassen