Basis zur Bekämpfung pflanzlicher Viren entdeckt

Virusprotein lässt pflanzliche Enzyme verklumpen

11.06.2014 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Pflanzenviren sorgen weltweit pro Jahr für Ernteverluste von etwa 60 Milliarden US-Dollar. Das Bild zeigt ein Weizenfeld, das vom Gelbverzwergungsvirus befallen ist. (Bildquelle: © iStock.com/ SStajic)
Pflanzenviren sorgen weltweit pro Jahr für Ernteverluste von etwa 60 Milliarden US-Dollar. Das Bild zeigt ein Weizenfeld, das vom Gelbverzwergungsvirus befallen ist. (Bildquelle: © iStock.com/ SStajic)

Wenn pflanzliche Viren die Ernte vernichten, sind Landwirte überall auf der Welt nahezu machtlos. Denn bisher gibt es kein wirksames Mittel gegen die unsichtbaren Wesen mit großem Zerstörungspotential. Jedes Jahr sollen weltweit landwirtschaftliche Verluste in Höhe von etwa 60 Milliarden US-Dollar auf ihr Konto gehen. Nun haben Wissenschaftler einen Ansatzpunkt gefunden, auf dessen Basis sich das erste anti-virale Medikament für Pflanzen entwickeln ließe. Die Forscher konnten zeigen, wie ein Protein eines Pflanzenvirus einen wichtigen Abwehrmechanismus unterdrückt, mit dem die Pflanze genetische Informationen über das Virus speichert.

Wenn ein Virus eine Zelle befällt, sorgt sein genetisches Material dafür, dass die Zellmaschinerie Proteine zum Aufbau neuer Viren herstellt. Viele Lebewesen, egal ob aus dem Reich der Pilze, der Pflanzen oder der Tiere, haben ein System entwickelt, mit dem sie einfallenden Viren die Stirn bieten können: die RNA-Interferenz-Maschinerie (RNAi). Mit Hilfe spezialisierter RNAi-Proteine wird das Erbgut  der Viren, das diese in Form von RNA in die Wirtszellen einzuschleusen versuchen, dabei gezielt zerstückelt und ausgeschaltet. Außerdem kann die Zelle mit Hilfe von RNA-Interferenz, auch RNA Silencing genannt, genetische Informationen über den Eindringling an andere Zellen weitergeben.

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Das pflanzliche Virusprotein TGBp1 (blau) lässt die pflanzlichen Enzyme SGS3 und RDR6 (gelb) zusammenklumpen. So können sie Informationen über das Virus in Form von doppelsträngiger RNA nicht mehr herstellen und den Rest der Pflanze vor dem Eindringling warnen.

Das pflanzliche Virusprotein TGBp1 (blau) lässt die pflanzlichen Enzyme SGS3 und RDR6 (gelb) zusammenklumpen. So können sie Informationen über das Virus in Form von doppelsträngiger RNA nicht mehr herstellen und den Rest der Pflanze vor dem Eindringling warnen.

Bildquelle: © Shigetou Namba/ The University of Tokyo

TGBp1 lässt Enzyme verklumpen

Doch Viren haben natürlich längst Strategien entwickelt, wie sie diesen Abwehrmechanismus umgehen können. Bisher war bekannt, dass virale Proteine die RNAi-Maschinerie unterdrücken können, nicht jedoch wie das genau von statten geht. Wissenschaftler konnten nun erstmals zeigen, dass das Virusprotein TGBp1 (TRIPLE GENE BLOCK PROTEIN1) den pflanzlichen Abwehrmechanismus stilllegt, indem es zwei Enzyme zu einem nutzlosen Klumpen zusammenkleben lässt. Dies geschieht offenbar in allen Zellen, die von TGBp1 umgeben sind.

Die beiden Enzyme (SGS3, SUPPRESSOR OF GENE SILENCING3 und RDR6, RNA-DEPENDENT RNA POLYMERASE6) schwimmen normalerweise verteilt im Zytoplasma und stellen Kopien von genetischem Material des Virus in Form von doppelsträngiger RNA her – ein äußerst wichtiger Prozess im pflanzlichen Abwehrmechanismus. Mit Hilfe von fluoreszierenden Markern konnten die Wissenschaftler zeigen, dass das virale Protein TGBp1 die Cluster von SGS3 und RDR6 umgibt und so verhindert, dass die beiden Enzyme Informationen über das Virus an andere Zellen weitergeben. Mit diesem Trick hat das Virus leichtes Spiel, eine Pflanze zu infizieren.

Informationsweitergabe: essentieller Schritt in der pflanzlichen Abwehr

„Wir hatten bereits vermutet, dass das Erkennen und Weitergeben der genetischen Informationen des Virus der wichtigste Schritt beim RNA-Silencing sein würde. Denn wenn die Pflanze das Virus nicht erkennen kann, ist sie auch nicht in der Lage, den Rest ihres Organismus vor dem Eindringling zu warnen“, erklärt Studienleiter Shigetou Namba von der University of Tokyo. Das mache diesen Schritt der pflanzlichen Abwehr natürlich auch für die Blockade durch das Virus besonders interessant.

Angriffspunkt für antivirale Wirkstoffe

Auf der Basis dieser neuen Erkenntnisse könnten nun Wirkstoffe gegen pflanzliche Viren entwickelt werden, die Landwirten erstmals helfen könnten, ihre Pflanzen gegen virale Angriffe zu wappnen. Dabei wird TGBp1 vermutlich nicht das einzige Angriffsziel bleiben. Die Forscher rechnen damit, dass in weiteren Studien auch andere virale Proteine entdeckt werden, die eine ähnliche Funktion wie TGBp1 haben. Sie gehen sogar noch einen Schritt weiter: „Kürzlich haben Kollegen berichtet, dass humane Viren auch über Proteine verfügen, die die menschliche RNA-Silencing-Maschinerie blockieren. Ein guter Ansatzpunkt, um neue Wirkstoffe auch gegen diese Viren zu finden.“

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