Dodder, en parasitväxt som varje år orsakar stora skador på grödor i USA och världen över, kan tysta uttrycket av gener i värdväxterna från vilka den får vatten och näringsämnen. Denna genreglering mellan arter, som inkluderar gener som bidrar till värdväxtens försvar mot parasiter, har aldrig tidigare setts från en parasitisk växt. Att förstå detta system kan ge forskare en metod för att konstruera växter så att de är resistenta mot parasiten. En artikel som beskriver forskningen av ett team som inkluderar forskare vid Penn State och Virginia Tech visas den 4 januari, 2018 i tidningen Natur .

"Dodder är en obligatorisk parasit, betyder att den inte kan leva själv, sade Michael J. Axtell, professor i biologi vid Penn State och författare till tidningen. "Till skillnad från de flesta växter som får energi genom fotosyntes, dodder suger bort vatten och näringsämnen från andra växter genom att ansluta sig till värdkärlsystemet med hjälp av strukturer som kallas haustoria. Vi kunde visa att förutom de näringsämnen som rinner in i dodder från värdväxten över haustoria, dodder passerar mikroRNA till sin värdväxt som reglerar uttrycket av värdgener på ett mycket direkt sätt. "

MikroRNA är mycket korta bitar av nukleinsyra - materialet av DNA och RNA - som kan binda till budbärar-RNA som kodar för protein. Denna bindning av mikroRNA till budbärar-RNA förhindrar att proteinet tillverkas, antingen genom att blockera processen direkt eller genom att trigga andra proteiner som skär budbärar-RNA:t i mindre bitar. Viktigt, de små resterna av budbärar -RNA kan sedan fungera som ytterligare mikroRNA, bindning till andra kopior av budbärar-RNA, orsakar ytterligare gentystnad.

"Dodder verkar aktivera uttrycket av dessa mikroRNA när det kommer i kontakt med värdväxten, "sa James H. Westwood, professor i växtpatologi, fysiologi, och ogräsvetenskap vid Virginia Tech och en annan författare till tidningen. "Vad som var riktigt intressant är att mikroRNA specifikt riktar sig mot värdgener som är involverade i växtens försvar mot parasiten."

När en växt attackeras av en parasit initierar den ett antal försvarsmekanismer. I en av dessa mekanismer, liknar blodpropp efter ett skärsår, växterna producerar ett protein som koagulerar flödet av näringsämnen till platsen för parasiten. MikroRNA från dodder riktar sig mot budbärar-RNA:t som kodar för detta protein, som sedan hjälper till att upprätthålla ett fritt flöde av näringsämnen till parasiten. Genen som kodar för detta koagulationsprotein har en mycket liknande sekvens för många växtarter, och forskarna visade att mikroRNA från dodder riktar sig mot regioner av gensekvensen som är mest bevarade över växter. På grund av detta, dodder kan förmodligen tysta detta koagulerande protein, och parasiterar därför, en mängd olika växtarter.

Forskarna sekvenserade alla mikroRNA i vävnad från parasiten ensam, bara värdväxten, och en kombination av två. Genom att jämföra sekvenseringsdata från dessa tre källor, de kunde identifiera mikroRNA från dodder som hade kommit in i växtvävnaden. De mätte sedan mängden budbärar-RNA från gener som var målinriktade av dodder-mikroRNA och såg att nivån av budbärar-RNA från värden minskade när dodder-mikroRNA var närvarande.

"Tillsammans med tidigare exempel på små RNA -utbyten mellan svampar och växter, våra resultat antyder att denna genreglering mellan arter kan vara mer utbredd i andra växt-parasitinteraktioner, sade Axtell. med denna kunskap, drömmen är att vi så småningom skulle kunna använda genredigeringsteknik för att redigera mikroRNA-målplatserna i värdväxterna, förhindrar mikroRNA från att binda och tystar dessa gener. Teknisk resistens mot parasiten på detta sätt kan minska parasitens ekonomiska inverkan på växtodlingar. "