Växter med specialdesignat antikroppsförsvar mot nya sjukdomar

Epidemier av växtsjukdomar väntas bli både svårare och vanligare med ett varmare klimat och hotar vår globala livsmedelsförsörjning. I en studie publicerad i Science har forskare utvecklat ett nytt sätt att med genteknik koppla ihop vårt antikroppsförsvar med växtens försvarssystem för att snabbt ge en gröda ett starkt skydd mot en sjukdom.

Växter utsätts ständigt för angrepp av patogener som virus, bakterier eller svampar och har därför utvecklat ett sofistikerat försvar. Till försvaret hör receptorer, som finns inne i växtens celler och som känner igen ämnen som patogener utsöndrar. Det här utlöser ett alarm i växten som gör att de infekterade cellerna genomgår en programmerad celldöd för att förhindra att patogenen sprider sig till övriga delar av växten. Försvaret bygger på att växten har många specifika receptorer som känner igen olika patogener och ger växten en motståndskraft, resistens. Om växten däremot saknar en receptor som känner igen den attackerande patogenen står den utan starkt försvar.

Inom växtförädlingen är en av de viktigaste utmaningarna att ta fram grödor med resistens mot sjukdomar, men förädlingsprocessen kan ta lång tid. I den aktuella studien presenteras en ny, snabbare metod att ge en gröda resistens, där forskarna dragit nytta av det adaptiva försvar i form av antikroppar som känner igen främmande ämnen, som vi människor och djur har men växter saknar.

Forskarna resonerade att ett djur skulle bilda antikroppar mot de molekyler växtpatogenen utsöndrar om det exponerades för dem. Sedan skulle man kunna koppla samman igenkänningsdelen av antikroppen med en receptor från växten. På så vis skulle antikroppsdelen stå för igenkänningen av patogenen och receptordelen för signaleringen i växten. Forskarna prövade sin nydanande idé genom att i ett första steg använda väl kända komponenter. Man tog en antikropp som känner igen ett grönt fluorescerande protein, GFP. Igenkänningsdelen av antikroppen kopplade man ihop med en tidigare välstuderad patogen-receptor och den ihopbyggda receptorn introducerades i en modellväxt. Växten infekterades sedan med ett virus som man modifierat så det skulle utsöndra GFP. Då kunde man se grönt ljus av GFP från viruset och följa hur virusinfektionen förlöpte i växtens celler. Experimentet visade att metoden fungerar: den ihopbyggda receptorn kunde både känna igen GFP och signalera så infekterade celler dog. De blad som infekterades fick till och med bruna fläckar av döda celler synliga för blotta ögat.

Nästa steg för forskargruppen är nu att pröva effektiviteten och användbarheten av metoden för igenkänning av riktiga patogenmolekyler och i en gröda. Syftet är att snabbt kunna skräddarsy ett försvar mot nya svåra patogener som kan orsaka epidemier av växtsjukdomar, hota skörden och ge problem med livsmedelsförsörjningen.

/Annelie Carlsbecker, 2023-03-21

Källor

Kourelis, J., Marchal, C., Posbeyikian, A., Harant, A. & Kamoun, S. NLR immune receptor–nanobody fusions confer plant disease resistance. Science 379, 934–939 (2023).

Alpaca-derived antibodies could protect plants from disease. https://www.science.org/content/article/alpaca-derived-antibodies-protect-plants-disease.

Pikobodies: A new hope for made-to-order plant disease resistance. The Sainsbury Laboratory https://www.tsl.ac.uk/news/pikobodies-a-new-hope-for-made-to-order-plant-disease-resistance (2023).