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

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

Organisatie-onderdeel

TKI TU

Projectcode

LWV19157

MMIP

Landbouw, Water, Voedsel>Sleuteltechnologieën LWV>Biotechnologie en Veredeling

Startdatum

01/01/21

Einddatum

31/12/24

Samenvatting

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 grote problemen in de landbouw. Doordat Geminivirussen snel evolueren via error-prone replicatie en recombinatie van het virale DNA, ontstaan er ook continu nieuwe virussoorten, nieuwe ziekteuitbraken 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%). Daarnaast zijn er grote problemen in katoen en cassave. 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 in dit project 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 geminivirusresistentie 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.

Doel van het project

MMIP “Gezonde, weerbare bodem- enteeltsystemen, gebaseerd op agro-ecologie en zonder schadelijke emissies naar grond- en oppervlaktewater; MMIP “Biodiversiteit in de kringlooplandbouw”): Verminderd gebruik van insecticiden en dus lagere emissie in het milieu zal een direct positief effect op onze (wilde) insectenpopulatie, biodiversiteit en bijdragen aan het versterken van het eco-systeem van Nederland.

MMIP “De consument, duurzame & gezonde voeding”): Het programma is er op gericht om een duurzame genetische oplossing te vinden voor een groot landbouwprobleem. De oplossing zal liggen in het begrijpen van de infectie door het virus en genetische variatie te identificeren die vatbaarheid sterkt verlaagt. Deze genetische variatie zal middels nieuwe methoden (gene editing) of bestaande technieken in de gewassen ingebracht gaan worden. Dit resulteert in een schoon en aantrekkelijk product voor de consument.

Relatie met missie (Motivatie)

MMIP “De consument, duurzame & gezonde voeding”): Virussen kunnen zich zeer makkelijk aanpassen en daarmee zien we dat ze bestaande resistentie-mechanismen in gewassen kunnen ontwijken naar verloop van tijd. Om toch het tij te keren, zullen we genetisch variatie moeten ontwikkelen die replicatie van het virus sterk afremt, waarmee ook evolutie van het virus geremd wordt. Ons programma is een voorbeeld van hoe we deze kennis willen verkrijgen voor een virus dat grote schade veroorzaakt in de landbouw wereldwijd.