Vete kan styra en nyttosvamp för att få bättre växtskydd

För första gången har forskare visat att en gröda, i det här fallet vete, kan styra vad en nyttosvamp gör genom att skicka små RNA-molekyler in i svampcellerna. Det här innebär ett stort steg framåt för forskningen kring miljövänliga bekämpningsmetoder i jordbruket. Forskningen bygger vidare på det banbrytande arbete som belönades med Nobelpriset i fysiologi eller medicin 2024.

Forsningen genomfördes vid institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi i Uppsala och institutionen för växtförädling i Alnarp, båda vid SLU. Studien publicerades nyligen i tidskriften BMC Biology.

– Nobelpriset för upptäckten av mikroRNA belyser hur små upptäckter kan få stora konsekvenser. Ambros och Ruvkuns arbete har lagt grunden för en förståelse av genreglering som vi nu tillämpar inom jordbruket. Deras upptäckt är en inspiration i våra ansträngningar att utveckla innovativa lösningar för växtskydd och främja hållbara metoder för framtiden, säger Ramesh Vetukuri, en av SLU-forskarna bakom studien.

Vissa svampar lever som parasiter på andra svampar, och en del sådana arter har börjat användas för att bekämpa skadesvampar som orsakar sjukdomar på grödor. För att kunna förbättra och effektivisera denna typ av biologisk bekämpning försöker forskare vid SLU få en djupare förståelse för de mekanismer som är inblandade.

I detta arbete har de nu upptäckt en helt ny mekanism för hur växter och svampar kommunicerar. Upptäckten gjordes i studier av vete och svampen Clonostachys rosea – en parasitsvamp som kan angripa vetets skadesvampar och som därmed kan användas som biologiskt bekämpningsmedel. Dessutom har den här nyttosvampen egenskaper som främjar tillväxt hos vete.

Kommunikationen visade sig ske med små RNA-molekyler, sRNA, som rör sig från veterötterna in i svampcellerna där de sedan reglerar viktiga gener i svampen. Vetet kan alltså stänga av, eller ”släcka”, en gen som påverkar en viss egenskap hos svampen. Det här är den allra första studien där sRNA-molekyler har visats transporteras från en växt till en biologisk bekämpningsorganism.

– Det här innebär ett stort steg framåt för forskningen kring miljövänliga bekämpningsmedel i jordbruket. Om vi i framtiden kan påverka hur sRNA-molekylerna skickas kan vi utnyttja det till att optimera vårt växtskydd inte bara i vete utan också i andra grödor, säger Mukesh Dubey.

Vetet styr hur effektivt svampens försvar ska vara

Forskarna använde både mikroskopi och molekylära metoder för att demonstrera hur två olika sRNA-molekyler rörde sig mellan veterötter och svampceller. Väl inne i svampcellerna släcker sRNA:t ut viktiga svampgener. I det här fallet handlade det bland annat om en gen som bidrar till produktionen av ett protein som hjälper C. rosea att bekämpa skadesvampar.

– Nedregleringen av genen tyder på att vetet kan styra C. roseas biokemiska processer och påverka hur effektiv den är som skydd mot växtskadegörare. I det här fallet kan det ha varit viktigare för vetet att satsa på tillväxt i stället för bekämpning av skadegörare – eftersom det inte fanns någon skadegörare vid vetet i vår studie, säger Edoardo Piombo.

Ett enzym reglerar svampens koloniseringsgrad

Teamet tittade också på ett så kallat dicer-enzym som spelar en viktig roll vid sRNA-transporten. Dicer-enzym klyver dubbelsträngat RNA till sRNA. När forskarna tillverkade svampmutanter som saknade ett dicer-enzym ökade koloniseringen av C. rosea på veterötterna. Den här mekanismen spelar alltså en viktig roll i regleringen av svampens interaktion med vetets rötter och det påverkar både koloniseringen och försvarsmekanismerna.

När man tittade på allt RNA som producerades visade det sig att vetet svarar på nyttosvampens närvaro genom att öka aktiviteten hos gener som är inblandade i stressrespons och försvar. Samtidigt dämpades gener som ansvarar för tillväxt och utveckling. Det här är en välkänd kompromiss mellan tillväxt och försvar när växterna interagerar med nyttiga mikroorganismer.

– Det är jättespännande att se hur växter och nyttosvampar kan kommunicera på det här sättet. Den här upptäckten tar oss ett steg närmare en framtid där vi kan utveckla grödor som har starkare egna försvarssystem. Det skulle vara ett perfekt sätt att göra biologiska bekämpningsorganismer mer effektiva och jordbruket mindre beroende av kemiska bekämpningsmedel, avslutar Ramesh Vetukuri.

Kontaktpersoner

Mukesh Dubey, forskare
Institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi
Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala
018-67 15 40, mukesh.dubey@slu.se
https://www.slu.se/cv/mukesh-dubey/

Ramesh Vetukuri, universitetslektor
Institutionen för växtförädling
Sveriges lantbruksuniversitet, Alnarp
040-41 53 40, 073-926 23 63, ramesh.vetukuri@slu.se
https://www.slu.se/en/ew-cv/vetukuri-ramesh/

Den vetenskapliga artikeln

Piombo, E., Vetukuri, R.R., Konakalla, N.C. et al. RNA silencing is a key regulatory mechanism in the biocontrol fungus Clonostachys rosea-wheat interactions. BMC Biol 22, 219 (2024). https://doi.org/10.1186/s12915-024-02014-9

Studien finansierades av Formas, Carl Tryggers Stiftelse för Vetenskaplig Forskning och Novo Nordisk Foundation.

Pressbild

(Får publiceras fritt i anslutning till artiklar om denna nyhet. Klicka för högupplöst bild. Fotograf ska anges.)

Forskarna har använt mikroskopi för att undersöka transporten av sRNA från veterötter in i svampen Clonostachys rosea. Lila fält i de grönfärgade svamparna är beviset. Mikroskopfoto: Naga Charan Konakalla