Horizontális méregtelenítés

“"A dohánymolytetű (Bemisia tabaci) elég bosszantó mezőgazdasági kártevő, ami a leveleken él és a növényi nedvek szivogatásával táplálkozik és eközben növényi vírusokat is terjeszt. Ráadásul, bosszantó módon, eléggé ellenálló mindenféle vegyszeres beavatkozásokkal szemben, vagyis igen csak bonyolult megszabadulni tőle.

Persze kártevőik ellen maguk a növények is igyekeztek mindenféle specifikus méreganyagokat kifejleszteni az évmilliós, evolúciós fegyverkezési versenyben, amelyek ellen a kártevők vagy kitaláltak frappáns molekuláris riposztokat, vagy kénytelenek voltak más táplálék után nézni.

A fenolos glikozidok termelése az egyik szép példája ennek az evolúciós versenynek, mert ezáltal a növények nagyon sok kártevőjük viselkedését és fejlődését befolyásolni tudják. A nagyon sok persze nem minden és pont a dohánymolytetű köszöni szépen, de remekül elvan a fenolos glikozidok jelenlétében is.

Hogy miért, arra kerestek a rovar genomjában választ és ha nem is páratlan, de nem mindennapi válaszra bukkantak. Ugyanis, a jelek szerint a dohánymolytetű azért képes a toxikus vegyület elemésztésére, mert rendelkezik egy olyan enzimmel, amit a növények is arra használnak, hogy detoxifikálják ezeket a glikozidokat. Mármint, nem egy hasonló enzimmel, hanem konkrétan egy növényi enzimmel (ami BtPMaT1 nevű fenolos glikozid malonil-transzferáz, az érdeklődők kedvéért)!

Különböző dohánymolytetű populációk genomjában és transzkriptomjában jelen levő BtPMaT1 gén. (Forrás: Cell)

Azaz a bonyolultabb testfelépítésű eukariótákban nagyon-nagyon ritka horizontális géntranszfer (HGT) jelenségével állunk szemben, amely révén két nagyon távoli csoportból nem szaporodás útján kerül át egy gén. Nevezhetjük ezt “természetes GMO-nak” is, annál is inkább, hogy pontosan az.

A jelenséget egyébként nem könnyű jól dokumentálni, néha egészen egyszerűen szekvenálási-szennyeződést vélnek HGT-nek (az egyik legutóbbi nagyon kínos baki 2016-ban a medveállatkákhoz kapcsolódik), de azért már van annyi konkrétumunk is, hogy ne tartsuk elképzelhetetlennek a dolgot: a levéltetvek karotenoid szintézisében részt vevő génekről már kiderült, hogy gomba-eredetű, a kullancsok pedig a táplálkozásuk során a nyálukban egy olyan anyagot választanak ki, aminek a génje a gerincesekből került át. (Egyébb HGT-re itt vannak még példák.)

Számos különböző populáció megszekvenálása és mindenféle egyéb kontrollok alapján most is szinte biztosra vehető, hogy a dohánymolytetű esetében nem kísérleti műtermékről van szó, hanem a BtPMaT1 valóban benne van a genomukban, annál is inkább, mert a gén mesterséges csendesítése befolyásolja a rovar fitneszét. Alább olyan állatokat hasonlítottak össze, ahol nem csendesítették a gént (dsEGFP) olyanokkal, amelyekben igen (dsBtPMaT1) és jól látható, hogy több olyan fenolos glikozid is van, amelyen 96 órán át táplálkozva azok az állatok, akikben nem működik a gén nagyobb mortalitást mutatnak.

BtPMaT1 csendesített (dsBtPMaT1) és kontroll (dsEGFP) állatok mortalitása 96 órás fenolos glikozid kúra után. (Forrás: Cell)

Mindez persze egy lehetőséget is nyújt arra, hogy ez a kártevőt egy kicsit kordában tartsuk, hiszen, ahogy az elején is utaltam rá, a klasszikus növényvédő szerekre eléggé ellenálló. A biológiai védekezés ebben az esetben azt jelentette, hogy olyan transzgénikus paradicsomokat hoztak létre, amelyek egy olyan kettős szálú RNS-t tartalmaztak, ami a dohánymolytetű BtPMaT1 génjével azonos szekvenciát tartalmazott (ez bejutva az állatba csendesíti a szóbanforgó gén expresszióját és így nem tud ez a kulcsfontosságú enzim termelődni).

A transzgénikus növényekkel pedig nem boldogultak már a normális dohánymolytetűk sem. A mortalitásbeli különbség a kontroll és a GMO növényeken (alul balra, illetve jobbra) táplálkozó rovarok esetében már egy nap után jelentős volt, de 3 nap után már igazán látványos lett. Ráadásul, ez elég rovar-specifikus hatásnak bizonyult, hiszen például a zöld őszibarack levéltetű (Myzus persicae) esetében nem lehetett ilyen különbséget tapasztalni.

Kontroll (balra) és transzgénikus (jobbra) paradicsomokon táplálkozó dohánymolytetvek (fent) és zöld őszibarack levéltetvek (lent). (Forrás: Cell)

Összességében nem csak az eukarióták közt is ritka, de látványos HGT egy újabb szép példáját láthatjuk itt, de az is megfigyelhető, hogyan dolgozható ki, pont a dohánymolytetvek látszólagos előnyére építve, egy nagyon is szűk-spektrumú, specifikus növényvédelmi rendszer.

(A borítókép a Wikimedia-ról származik.)


Xia J, Guo Z, Yang Z, Han H, Wang S, et al. (2021)Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.014.

5 thoughts on “Horizontális méregtelenítés

  1. bp

    A módszer működésének leírása nekem túl tömör. Miért nem bomlik le az emésztés során az a kettős szálú RNS? Hogyan csendesíti a gén expresszióját?

    Reply
    1. Varga Máté Post author

      Ez egy remek és releváns kérdés – kicsit az egyszerűsítés miatt nem mentem bele, ti. nem is minden rovarnál értjük a pontos mikéntet (amennyire én tudom). De a dsRNS általában felvevődik a bélrendszerből a környező sejtekbe (és a dohánymolytetűknél pont itt expresszálódik a kritikus gén), ahol aztán az RNS-interferencia folyamatán keresztül hozzájárulhat a sejtekben levő mRNS transzkriptumok lebontásához. Itt egy összefoglaló erről: https://www.mdpi.com/2223-7747/9/12/1780/htm

      Reply
      1. bp

        azt nem mondom, hogy értem, de valami homályos kép kezd kialakulni: általában egy kettős szálú RNS-t a sejtek afféle jelzésnek vesznek, hogy az ilyen (egyszeres szálú) mRNS kerülendő, át nem írandó, nem nekik kell velük foglalkozni. másrészt meg mázli, hogy (valamennyire) túléli az emésztést, azaz nem nukleotidonként, hanem egészben kerül be az emésztőrendszer-közeli sejtekbe, és a mi esetünkben pont ezeknek kéne létrehozniuk a toxinbontó enzimet.

        Reply
        1. Varga Máté Post author

          Igent, nagyvonalakban ez a helyzet. A kettős szálú RNS nagyon gyakran vírus-genomot jelent és (egyes elméletek szerint) ezért válaszol rá a sejt gyors lebontással. Nem minden rovarban működik ez a bélből-felvevős rendszer, nem teljesen világos az sem, hogy miért vannak különbségek, minden esetre itt működik a látható eredménnyel :).

          Reply
          1. bp

            ööö, de ha jól értem, pont az a lényeg, hogy nem a dsRNS-t bontja le gyorsan, hanem az illeszkedő mRNS-t, azaz a dsRNS egy WANTED falragszként működik.

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük