Maria Laura Mihaila - Expressionsplasmide kodierender zirkulärer RNAs

Die Landwirtschaft steht vor der Herausforderung, hohe Erträge mit dem Schutz der Umwelt in Einklang zu bringen. Jahrzehntelang standen diese Ziele im Konflikt – nicht zuletzt durch den intensiven Einsatz chemischer Pflanzenschutzmittel. Neue, RNA-basierte Ansätze bieten nun die Möglichkeit, Pflanzen zielgerichtet und umweltfreundlich zu schützen und gleichzeitig die negativen Begleiterscheinungen konventioneller Mittel zu vermeiden.

Während bisher vor allem RNA-Interferenz (RNAi) im Fokus der Forschung stand, eröffnet die Nutzung von messenger RNA (mRNA) völlig neue Perspektiven. mRNA-basierte Strategien könnten es ermöglichen, schutzrelevante Proteine direkt in der Pflanze zu exprimieren, anstatt nur Zielgene in Schaderregern zu silenzieren. Besonders vielversprechend ist dabei der Einsatz von zirkulären RNAs (circRNAs) – stabilen RNA-Molekülen, deren kovalent-geschlossene RNA-Sequenz sie vor enzymatischem Abbau schützt und ihre Lebensdauer deutlich verlängert.

Allerdings fehlt circRNAs die für die Translation übliche 5’-Cap-Struktur, wodurch sie nicht auf dem klassischen Weg in Proteine übersetzt werden können. Um dieses Problem zu lösen, arbeitet Maria Laura Mihaila am Einbringen von Sequenz zur Induktion Internal Ribosome Entry Sites (IRES)-vermittelte Translation.

Für ihre Studie wurden DNA-Konstrukte entworfen, die eine Clostridium tetani Group II Intron-Sequenz, ein Reportergen sowie neun verschiedene IRES-Elemente – überwiegend aus dikotylen Pflanzenviren – enthalten. Nach Klonierung, zellfreier Transkription und in vitro Translation in Weizenkeimextrakt wurden die erzeugten RNAs auch in planta getestet.

In vitro konnten sechs IRES-Sequenzen erfolgreich die Translation initiieren, während alle neun Transkripte in Pflanzen eine Proteinsynthese ermöglichten. Damit konnte erstmals gezeigt werden, dass sprühapplizierte zirkuläre RNAs mit IRES-Elementen in Pflanzen effizient Proteine exprimieren können.

Diese Ergebnisse liefern einen wichtigen Grundstein für die Entwicklung einer robusten und vielseitigen RNA-basierten Plattformtechnologie. Durch die Fähigkeit, Proteine direkt aus zirkulären RNAs zu produzieren, eröffnet sich ein völlig neuer Weg für den Pflanzenschutz – mit Potenzial für Anwendungen gegen biotische und sogar abiotische Stressfaktoren.

📍 Wann? Mittwoch, 8. Oktober 2025, 14:00–15:30 Uhr
📍 Wo? Poster 108, Deutsche Pflanzenschutztagung, TU Braunschweig

Kommt gerne vorbei und erfahrt mehr über den nächsten Schritt hin zu einer neuen Generation RNA-basierter Pflanzenschutzstrategien!