Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fighting the Colorado potato beetle with RNA interference

27.02.2015

RNA interference protects potato plants against herbivore attack.

Colorado potato beetles are a dreaded pest of potatoes all over the world. Since they do not have natural enemies in most potato producing regions, farmers try to control them with pesticides. However, this strategy is often ineffective because the pest has developed resistances against nearly all insecticides.


Colorado potato beetle (CPB): On average 40 to 50 cm2 of leaf material are eaten by each of the beetles’ larvae. Infestation with CPB can result in crop losses up to 50 %, if there is no pest control.

©Sher Afzal Khan, Max Planck Institute for Chemical Ecology


Feeding experiment: Leaves of unmodified plants were compared to transplastomic leaves. Larvae were fed on these leaves for 3 days in intervals of 24 hours. Leaves were replaced after each interval.

©Sher Afzal Khan, Max Planck Institute for Chemical Ecology

Now, scientists from the Max Planck Institutes of Molecular Plant Physiology in Potsdam-Golm and chemical Ecology in Jena have shown that potato plants can be protected from herbivory using RNA interference (RNAi). They genetically modified plants to enable their chloroplasts to accumulate double-stranded RNAs (dsRNAs) targeted against essential beetle genes. (Science, February 2015).

RNA interference (RNAi) is a type of gene regulation that naturally occurs in eukaryotes. In plants, fungi and insects it also is used for protection against certain viruses. During infection, many viral pathogens transfer their genetic information into the host cells as double-stranded RNA (dsRNA). Replication of viral RNA leads to high amounts of dsRNA which is recognized by the host‘s RNAi system and chopped up into smaller RNA fragments, called siRNAs (small interfering RNAs). The cell then uses siRNAs to detect and destroy the foreign RNA.

But the RNAi mechanism can also be exploited to knock down any desired gene, by tailoring dsRNA to target the gene's messenger RNA (mRNA). When the targeted mRNA is destroyed, synthesis of the encoded protein will be diminished or blocked completely. Targeting an essential gene of a crop pest can turn dsRNA into a precise and potent insecticide.

Some crop plants have recently been engineered by modifying their nuclear genomes to produce dsRNA against certain insects. „This never resulted in full protection from herbivory“, says Ralph Bock of the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology, „because the plant's own RNAi system prevents the accumulation of sufficient amounts of dsRNA. We wanted to circumvent this problem by producing dsRNA in the chloroplasts instead“.

These organelles, which perform photosynthesis in green plants, are descendants of formerly free-living cyanobacteria, which are prokaryotes that lack an RNAi system. Presuming that chloroplasts would accumulate high amounts of dsRNA, the scientists in Ralph Bock's group decided to generate so-called transplastomic plants. In such plants, the chloroplast genome is the target of genetic modification instead of the nuclear genome.

To test this system on a real insect pest, the scientists chose the Colorado potato beetle. This little striped beetle was introduced into Europe accidentally at the end of the 19th century. Nowadays, it is a worldwide pest and can cause massive damage in agriculture. Besides potato leaves the adult beetle and its larvae also feed on other nightshade crops, like tomato, bell pepper and tobacco. The pest is difficult to control because of the widespread occurrence of insecticide resistance. „By using chloroplast transformation we generated potato plants that accumulate high amounts of long stable dsRNAs targeting essential genes in the beetle“, says Ralph Bock.

The efficacy of the dsRNAs as an insecticide was tested at the Max Planck Institute for Chemical Ecology in Jena. Larvae were fed on detached potato leaves and the mortality was monitored for nine days. The leaves were taken from transplastomic dsRNA plants, conventional transgenic dsRNA plants with a modified nuclear genome, and unmodified plants. For comparison, dsRNAs targeting two different genes were tested.

„Transplastomic leaves producing dsRNA against the actin gene caused a mortality rate of 100% after five days of feeding“, says Sher Afzal Khan from Jena. The actin gene encodes a structural protein that is essential for cell integrity. In contrast, plants with a modified nuclear genome expressed much less dsRNA and only slightly slowed down the beetles' growth.

These recent results show that changing the target of transformation from the nuclear genome to the chloroplast genome overcomes the major hurdle towards exploiting RNAi for crop protection. As many insect pests increasingly develop resistances against chemical pesticides and Bt toxins, RNAi represents a promising strategy for pest control. This technology allows for precise protection without chemicals and without production of foreign proteins in the plant.

KD/AO

Contact

Prof. Dr. Ralph Bock
Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology
Tel. 0331/567 8211
RBock@mpimp-golm.mpg.de
http://www.mpimp-golm.mpg.de/7889/dep_3

Dr. Kathleen Dahncke
Press and public relations
Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology
Tel. 0331/567 8275
dahncke@mpimp-golm.mpg.de
http://www.mpimp-golm.mpg.de

Angela Overmeyer
Press and public relations
Max Planck Institute for Chemical Ecology
Tel. 03641/572 110
overmeyer@ice.mpg.de
http://www.ice.mpg.de

Original publication:
Jiang Zhang, Sher Afzal Khan, Claudia Hasse, Stephanie Ruf, David G. Heckel, Ralph Bock; Full crop protection from an insect pest by expression of long double-stranded RNAs in plastids; Science, February 27th, 2015

Weitere Informationen:

http://www.mpimp-golm.mpg.de - Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology
http://www.ice.mpg.de - Max Planck Institute for Chemical Ecology

Ursula Ross-Stitt | Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise