Nieuwe inzichten in afweersysteem van planten

13 maart 2018

Het immuunsysteem van planten heeft, net als dat van mens en dier, de uitdagende taak te beschermen tegen ziekte, maar daarin niet door te schieten. Een internationaal team van plantenonderzoekers, waaronder Frank Takken van de Universiteit van Amsterdam, heeft een cruciale stap opgehelderd in het proces van de plantafweer tegen virussen. Dit onderzoek is op 2 Maart gepubliceerd in het Journal of Biological Chemistry.

Ziekteverwekkers produceren specifieke eiwitten waarmee ze hun gastheer manipuleren en ziektes veroorzaken. Zogenaamde NLR-receptoren in planten kunnen sommige van deze eiwitten herkennen, waardoor de afweerrespons wordt geïnduceerd en de ziekte kan worden gestopt. Tot op heden was niet bekend hoe NLR-receptoren afweer induceren. In eerder onderzoek hadden de onderzoekers aangetoond dat NLR receptoren  zich aan DNA in planten kunnen binden. Echter, hoe een geactiveerde NLR-receptor zich naar de juiste DNA sequentie beweegt en vervolgens de afweerrespons uitlokt was onbekend.

Gerichte afweer

Afweer kost middelen en energie, en daarnaast laten planten vaak de geïnfecteerde cellen afsterven om te voorkomen dat een ziekteverwekker zich kan verspreiden. Daarom is het van belang dat de afweerrespons gericht wordt ingeschakeld. Het onderzoek beschrijft een interessante en onverwachte, link tussen NLR-receptoren, planten-DNA en een specifieke klasse van transcriptiefactoren (DNA-bindende eiwitten). De transcriptiefactor die door de onderzoekers werd bestudeerd bindt specifieke stukjes DNA en activeert vervolgens genen die betrokken zijn bij celdood en andere afweerreacties in planten. Het team heeft ontdekt dat deze transcriptiefactor alleen in staat is om de afweer te activeren als er een virus aanwezig is. Wanneer het virus afwezig is dan wordt de binding van DNA aan de transcriptiefactor onderdrukt. Zo wordt voorkomen dat de afweer aangeschakeld wordt als de ziekteverwekker afwezig is.

Wereld voedselveiligheid

Inzicht in hoe planten zich verweren en verdedigen tegen ziektes is essentieel om nieuwe strategieën te ontwikkelen om onze gewassen te beschermen. Ruim 35% van de globale tuin- en akkerbouwproductie valt ten prooi aan ziektes en plagen, een hoeveelheid waarmee 0,5 tot 4 miljard monden gevoed kunnen worden. Mechanistisch begrip van het immuunsysteem in planten is daarom onmisbaar voor onze toekomstige voedselveiligheid.

De meest duurzame en milieuvriendelijke manier om ziektes en plagen te voorkomen (en opbrengsten te verhogen) is het gebruik van resistente gewassen. Er ontstaan echter ook constant nieuwe ziektes, en daarom kruisen veredelaars continue nieuwe 'resistentiegenen' in in hun elitelijnen. Hoewel dit tijdelijk soelaas biedt, is de kennis van hoe deze genen functioneren zeer beperkt. Om het inzicht hierin te vergroten, richten vervolgstudies van de onderzoeksgroep zich op het verder ontrafelen van het mechanisme waarmee DNA-binding door NLR-receptoren het afweersysteem in de plant activeert.

Over Frank Takken

Frank Takken is Universitair Hoofddocent Moleculaire Fytopathologie van het Swammerdam Insitute of Life Sciencesvan de UvA (UvA-SILS). In 2015 heeft hij een NWO Vici-beurs gekregen, een van de grootste en prestigieuze persoonlijke nationale onderzoeksbeurzen. Met deze beurs doet hij onderzoek naar het plant-immuunsysteem, waaronder het onderzoek beschreven in dit artikel. Hij heeft een langlopende samenwerking met de hoofdauteur van deze publicatie, Professor Cann van het Department of Biosciences van de Durham University (UK) en met Aska Goverse, Universitair docent van de afdeling Nematologie van de Wageningen Universiteit (NL).

Publicatiegegevens

Philip D. Townsend, et. al. (2018). The intracellular immune receptor Rx1 regulates the DNA-binding activity of a Golden2-like transcription factor, The Journal of Biological Chemistry, Vol. 293, Issue 9, 3218-3233, March 2, 2018.

Deze publicatie was 'Editors' pick' op 2 maart. Editors' Picks zijn de best gewaardeerde papers over het gehele veld van biologische chemie in de Journal of Biological Chemistry, en geselecteerd door redacteuren, leden van de redactieraad en andere referenten.

Gepubliceerd door  Faculteit Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica