Charakterisierung und Verbesserung eines natürlichen RNAi basierten Abwehrmechanismus in Nutzpflanzen gegen Insektenfraß

• Antragsteller: Dr. Doga Cedden
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 585515648

Pflanzen können sich nicht bewegen, daher müssen sie sich auf andere Weise gegen Herbivorie schützen, einschließlich physischer Barrieren und chemischer Abwehr wie Sekundärmetaboliten. Obwohl chemische und physische Abwehrmechanismen bei Pflanzen gut charakterisiert sind, bleibt unklar, ob Pflanzen auch nukleinsäurebasierte Mechanismen, wie RNA-Interferenz (RNAi), entwickelt haben, um sich gegen Insektenfraß zu verteidigen. In letzter Zeit sind künstliche, RNAi-basierte Schädlingsbekämpfungsansätze, einschließlich des Sprühens von doppelsträngiger RNA (dsRNA) auf Nutzpflanzen und transgenen Pflanzen, als umweltfreundliche Alternativen zur Bekämpfung bestimmter Schädlinge, wie Käfer, entstanden. Es ist auch bekannt, dass Pflanzen auf natürliche Weise dsRNA produzieren. Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass Pflanzen dsRNA-Loci entwickelt haben könnten, die zu einer natürlichen, RNAi-basierten Abwehr gegen Insekten beitragen. Meine Vorarbeiten identifizierten einen plastidischen (chloroplastencodierten) dsRNA-Locus, dsNode343, in Raps und deuteten darauf hin, dass dsNode343 verarbeitet wird und den RNAi-Weg im Großen Rapserdfloh auslöst, was zu insektiziden Effekten führt. Das erste Ziel des Projekts ist es, diesen potenziellen natürlichen, RNAi-basierten Abwehrmechanismus umfassend zu charakterisieren, indem der Fokus auf dsNode343 in zwei Nutzpflanzen, Raps und Kartoffel, gegenüber ihren Insektenschädlingen, dem Großen Rapserdfloh bzw. dem Kartoffelkäfer, liegt. Konkret wird das Projekt RNA-seq und funktionelle Tests einsetzen, um die Verarbeitung, die Transkriptziele und die insektiziden Effekte von dsNode343, das aus der Wirtspflanze in die beiden Insekten aufgenommen wird, sowie die Bereitstellung dieser natürlichen dsRNA in den beiden Pflanzen zu charakterisieren. Dieses Ziel hat das Potenzial, eine bedeutende Lücke im Bereich der Pflanzen-Herbivor-Interaktionen zu schließen und eine neue Forschungslinie zu eröffnen. Das zweite Ziel ist es, einen Machbarkeitsnachweis für eine Strategie zu liefern, um den natürlichen, RNAi-basierten Abwehrmechanismus in Nutzpflanzen zu verstärken. Zu diesem Zweck wird sich das Projekt auf die Sequenz der natürlichen pflanzlichen dsRNA, dsNode343, in Raps und ihre homologe Sequenz in Kartoffel konzentrieren und Wege identifizieren, die insektizide Wirksamkeit zu verbessern. Dies wird durch die Entwicklung eines computergestützten Algorithmus erreicht, um die Komplementarität der dsNode343-Sequenz zu essenziellen Insektengen-Transkripten effizient zu erhöhen, gefolgt von bioassay-basierten Tests von dsNode343-Sequenzvarianten. Das erwartete Ergebnis dieses Ziels ist die Etablierung einer Strategie zur Verbesserung des natürlichen, RNAi-basierten Abwehrmechanismus durch wenige Nukleotidänderungen, in Übereinstimmung mit dem NGT-1-Vorschlag der EU. Daher hat das Projekt Auswirkungen auf die Erzeugung kommerzieller, insektenresistenter Nutzpflanzen, die in der EU angebaut werden könnten.

• DFG-Verfahren: Stelle