Die stetig wachsende Weltbevölkerung zu ernähren, ist eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Unabdingbar ist es dafür, den Ertrag zu steigern, unter anderem dadurch, gegen Pflanzenkrankheiten vorzugehen. Ein tiefgreifendes Verständnis der Mechanismen von Krankheitserregern sowie innovative Fortschritte im Pflanzenschutz sind hierfür erforderlich.
Die Forschungsgruppe will die Kommunikation zwischen Wirtspflanzen und den mit ihnen interagierenden Mikroben sowohl bei Infektionen als auch bei symbiotischen Beziehungen verstehen. Die Forschenden wollen vor allem den Mechanismus der sogenannten RNA-vermittelten Cross-Kingdom-Kommunikation zwischen Pflanzenwirten und ihren Pathogenen entschlüsseln. Die RNA ist ein Biomolekül, dass der Erbsubstanz DNA ähnelt und das vor allem in Zellen zur Umsetzung von genetischen Informationen in Proteine dient.
Die zentrale Hypothese: extrazelluläre RNAs (exRNAs) spielen eine Schlüsselrolle bei der Infektion von Pflanzen durch Krankheitserreger. Eben diese exRNAs bieten damit auch ein hohes Potenzial zur Verbesserung der Pflanzengesundheit.
An dem Forschungskonsortium sind die Universität Hamburg (Sprecherin Prof. Dr. Julia Kehr, Molekulare Pflanzengenetik), die RWTH Aachen, die LMU München, das Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Golm und die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (Prof. Dr. Michael Feldbrügge vom Institut für Mikrobiologie) beteiligt.
Die Forschenden bringen Fachwissen auf den Gebieten der nichtkodierenden RNAs, des RNA-Transports, der RNA-Protein-Interaktion, der RNA-vermittelten Cross-Kingdom-Kommunikation, der Vesikelbiologie und des RNA-basierten Pflanzenschutzes ein. Insgesamt umfasst die FOR5116 neun Forschungsprojekte und wird mit drei Millionen Euro gefördert.
An der HHU geht es um die Kommunikation zwischen phytopathogenen Pilzen und Pflanzen, die über exRNAs erfolgen kann. Die RNAs der Pilze werden dabei in membranumhüllte Partikel (in sogenannte extrazelluläre Vesikel, kurz EVs) verpackt, freigesetzt und können so in die Wirtszelle eindringen. Dort wird die RNA freigesetzt, die die Physiologie und Immunität der Wirtszelle manipuliert. Die eingeschleuste RNA des Schadpilzes zwingt die Wirtspflanze, Pilzproteine herzustellen.
In der vorangegangenen Förderperiode wurde die Rolle der extrazellulären RNA bei der Kommunikation zwischen Mikroorgansimen und Pflanze bei zwei verwandten Brandpilzen, Thecaphora thlaspeos und Ustilago maydis, untersucht. Letzterer löst bei Mais die Infektionskrankheit „Maisbeulenbrand“ aus. In der zweiten Förderperiode wollen die Düsseldorfer Biologe sowohl die Rolle der EVs bei der RNA-Kommunikation erforschen als auch die Produktion der Pilz-mRNA in der Pflanze untersuchen. An der Forschung auf dem Gebiet der extrazellulären RNA an der HHU war auch Dr. Vera Göhre beteiligt. Sie erhielt im Laufe der ersten Förderperiode einen Ruf auf eine Professur für Molekulare Biotechnologie und Funktionelle Genomik der Hochschule Darmstadt.
Weitere Informationen: Webseiten der FOR5116