Understanding susceptibility of plants to geminiviruses to generate improved broad resistance in crops

Projecttitel: Understanding susceptibility of plants to geminiviruses to generate improved broad resistance in crops
Projectnummer: LWV19157
Missie: Sleuteltechnologieën
MMIP: ST2 - Biotechnologie en veredeling
Looptijd: 2020 – 2023
Projectleider: Harrold van den Burg

De problemen met plantenziekten veroorzaakt door geminivirussen zijn sterk toegenomen sinds 1990. Met name virussen van het genus Begomovirussen, welke verspreid worden door de vector Bemisia tabaci (witte vlieg), zorgen inmiddels wereldwijd voor problemen. 
Doordat Geminivirussen snel evolueren via error-prone replicatie en recombinatie van het virale DNA, ontstaan er ook continu nieuwe virussoorten, nieuwe uitbraken en ontdekken we telkens nieuwe gastheerplanten. 
Geminivirussen veroorzaken nu grote verliezen in voor de Nederlandse veredelingsindustrie belangrijke gewassen, zoals tomaat, courgette en paprika (met oogstreducties tot 100%). 
In tomaat worden op dit moment drie resistentiegenen (Ty-1, Ty-3 en ty-5) toegepast om vooral infecties met het geminivirus Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) onder controle te houden, maar Ty-1 doorbrekende stammen zijn reeds gerapporteerd, wat de toepasbaarheid van Ty-1 ondermijnt. Voor andere vatbare gewassen ontbreken nu nog goede bruikbare resistentie-bronnen. Het genoom van geminivirussen codeert slechts voor 6-8 eiwitten en géén van deze eiwitten kan DNA repliceren. Het virus gebruikt gastheereiwitten voor dit essentiële proces. 
Het virale Rep eiwit manipuleert eerst de celcyclus door te interacteren met het planteneiwit RBR waardoor gastheercellen in de S-fase komen. Daarna vormt Rep samen met het planteneiwit PCNA een replicatievork en rekruteert zó DNA-polymerase activiteit naar het virale DNA. In niet-geïnfecteerde cellen zorgt PCNA dat DNA-replicatie netjes verloopt. 
Om de moleculaire werking van Rep beter te begrijpen willen wij nu de eiwitstructuur van Rep ophelderen in complex met PCNA. Daarnaast hebben we binnen dit consortium recent een zeer potente nieuwe bron voor geminivirus-resistentie ontdekt in paprika. Deze resistentie kon geïnduceerd worden door het paprika gen dTP uit te schakelen. Er is weinig bekend over de functie van dit gen in planten, al is beschreven dat het gecodeerde eiwit betrokken is bij de kwaliteitscontrole van het mRNA tijdens translatie. Hoe geminivirussen translatie manipuleren is compleet onbegrepen; al is het algemeen bekend dat virale RNAs vaak met een lage efficiëntie de RNA-kwaliteitscontrole passeren. 

Samenvattend beoogt dit project kennis over zowel het virus replicatie proces als het virale translatie mechanisme op te leveren die vervolgens via precisie-veredeling duurzame en breed toepasbare geminivirus-resistentie mogelijk kan maken (DNA-informed breeding). Een positief maatschappelijk effect van deze virusresistentie zou bovendien onze afhankelijkheid van insecticiden sterk kunnen verlagen, met minder uitstroom van insecticiden naar het grond- en oppervlaktewater en een efficiënter gebruik van landbouwgronden.