Als Teil eines mehrgleisigen Ansatzes zur Verhinderung eines Befalls durch die parasitäre Pflanze Striga hermonthica, Forscher enträtseln die Rolle von Pflanzenhormonen, bekannt als Strigolactone (SLs).
Getreidepflanzen setzen SLs frei, die die Pflanzenarchitektur regulieren und eine Rolle in anderen Prozessen spielen, die mit der Pflanzenentwicklung und der Stressreaktion zusammenhängen. Die von Pflanzenwurzeln freigesetzten SLs ziehen Mykorrhizapilze an, die Pflanzennährstoffe liefern. Aber Strigolactone induzieren auch die Keimung und Invasion durch die parasitäre Pflanze Striga, mit schwerwiegenden Auswirkungen auf die landwirtschaftliche Produktion, insbesondere auf die Getreideerträge in Afrika.
In einer wichtigen Entdeckung hat das Team kürzlich gezeigt, dass kanonische SLs die Pflanzenarchitektur in Reis nicht beeinflussen.
Die Forscher setzten die CRISPR/Cas9-Technologie ein, um Reislinien ohne kanonische SLs zu erzeugen, und verglichen sie mit Wildtyppflanzen. Die Spross- und Wurzelphänotypen unterschieden sich nicht signifikant zwischen den Mutanten und dem Wildtyp, was darauf hindeutet, dass kanonische SLs keine Hauptregulatoren der Reisarchitektur sind.
„Das Wissen, welche SLs die Pflanzenarchitektur und andere Funktionen regulieren, wie z. B. die Etablierung einer Symbiose mit nützlichen Mykorrhizapilzen oder die Ermöglichung der Invasion durch parasitäre Wurzelpflanzen, wird es uns ermöglichen, ein Merkmal zu optimieren und zu manipulieren, ohne andere zu beeinträchtigen“, erklärt Jian You Wang, Postdoc in Al -Babilis Labor.
Die Forschung zeigte, dass kanonische SLs zu einer Symbiose mit Mykorrhizapilzen beitragen und eine wichtige Rolle bei der Stimulierung der Samenkeimung in wurzelparasitären Unkräutern spielen.
„Eine Verringerung ihres Gehalts oder sogar ein vollständiges Ausschalten ihrer Biosynthese kann den durch sie verursachten Schaden erheblich verringern Striege und andere wurzelparasitäre Pflanzen, ohne schwerwiegende Veränderungen der Pflanzenarchitektur zu verursachen oder einen großen negativen Einfluss auf die Pflanzenmykorrhizierung zu haben“, sagt Wang.
Die Modulation des SL-Gehalts durch Geneditierung ist eine langfristige Lösung, aber die Anwendung spezifischer Inhibitoren der SL-Biosynthese kann viel schneller zu Getreidepflanzen führen, denen die kanonischen Strigolactone fehlen.
Das Team machte sich daran, Chemikalien zu identifizieren, die die kanonische SL-Biosynthese in Reis hemmen. Sie fanden einen chemischen Enzyminhibitor, TIS108, der signifikant gesenkt wurde Striege Befall, ohne das Pflanzenwachstum oder den Getreideertrag zu beeinträchtigen.
Sie testeten auch die Wirkung von TIS108 auf Indica-Reis und Sorghum, beides wichtige Nutzpflanzen in Striga- befallene Gebiete in Afrika. Wieder einmal beobachteten sie niedriger Striege Keimaktivität aus den aus behandelten Pflanzen isolierten Wurzelausscheidungen.
Al-Babili sagt, dass die direkte Anwendung von TIS108 sowie der Einsatz von Gen-Editierung vielversprechende Strategien darstellen, um die Bedrohung durch zu mindern Striege und andere wurzelparasitäre Pflanzen bis hin zur globalen Ernährungssicherheit.
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Ito, S., Braguy, J., Wang, JY, Yoda, A., Fiorilli, V., Takahashi, I., Jamil, M., Felemban, A., Miyazaki, S., Mazzarella, T., Chen , G.-TE, Shinozawa, A., Balakrishna, A., Berqdar, L., Rajan, C., Ali, S., Haider, I., Sasaki, Y., Yajima, S., Akiyama, K. , Lanfranco, L., Zurbriggen, MD, Nomura, T., Asami, T. und Al-Babili, S. (2022) „Kanonische Strigolactone sind nicht die Hauptdeterminante der Bestockung, aber wichtige rhizosphärische Signale in Reis.“ Wissenschaft schreitet voran, 8(44). Verfügbar um: https://doi.org/10.1126/sciadv.add1278.
