Forscher nutzen KI, um Pflanzenimmunität zu verbessern.

Wissenschaftler der University of California, Davis, haben künstliche Intelligenz eingesetzt, um die Immunantwort von Pflanzen zu verbessern und sie besser gegen bakterielle Krankheiten zu schützen. Die Forschung, veröffentlicht in Nature Plants, zielt darauf ab, die Fähigkeit von Pflanzen zu erweitern, verschiedene Krankheitserreger zu erkennen. Ein zentrales Ziel war die Stärkung des Rezeptors FLS2, der in Pflanzen zur Erkennung von Flagellin, einem Protein in der Schwimmgeißel von Bakterien, eingesetzt wird. Allerdings können Bakterien wie Ralstonia solanacearum durch Veränderungen in den Aminosäuren des Flagellins die Erkennung umgehen und so Pflanzen infizieren. Gitta Coaker, Professorin am Department of Plant Pathology, erklärte, dass Bakterien in einem ständigen Wettbewerb mit ihren Pflanzenwirten stehen und sich ständig anpassen, um entdeckt zu werden. Um diesem Anpassungsdruck entgegenzutreten, nutzte Coakers Team natürliche Variationen und KI-Tools wie AlphaFold, um die Struktur von Proteinen vorherzusagen und den Rezeptor FLS2 zu reengineering. Durch den Vergleich mit Rezeptoren, die bereits eine breitere Erkennungsfähigkeit besitzen, konnten sie gezielt Aminosäuren identifizieren, die verändert werden müssen, um die Erkennung von Bakterien zu verbessern. „Wir haben einen Rezeptor wiederbelebt, der zuvor vom Pathogen überwunden wurde, und so ermöglicht, dass die Pflanze sich gezielter und präziser gegen Infektionen wehrt“, sagte Coaker. Dieser Ansatz könnte künftig helfen, breitspektrumige Resistenz in Kulturpflanzen wie Tomaten und Kartoffeln zu entwickeln. Ein besonderes Ziel ist Ralstonia solanacearum, das bakterielle Wilt verursacht und über 200 Pflanzenarten infizieren kann. Das Team arbeitet derzeit an maschinellen Lernmodellen, die helfen, zukünftige Rezeptoren zu identifizieren, die für eine Verbesserung geeignet sind, und versucht, die Anzahl der notwendigen Aminosäureveränderungen zu reduzieren. Der Ansatz könnte auch auf andere Immunrezeptoren angewandt werden, um deren Erkennungsfähigkeit zu steigern. Die Studie wurde mit Unterstützung von Tianrun Li, Esteban Jarquin Bolaños, Danielle M. Stevens, Hanxu Sha und Daniil M. Prigozhin durchgeführt. Sie zeigt, wie KI in der Landwirtschaft zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten eingesetzt werden kann und könnte neue Wege für die Entwicklung widerstandsfähigerer Pflanzen eröffnen. Industrielle Experten betonen, dass dieser Ansatz einen bedeutenden Schritt in Richtung nachhaltiger Pflanzenschutzstrategien darstellt. Die Verwendung von KI zur Optimierung von Immunrezeptoren könnte in Zukunft eine Schlüsselrolle spielen, um die globale Nahrungsmittelversorgung zu sichern. Unternehmen wie DeepMind, die AlphaFold entwickelt haben, könnten bei der Weiterentwicklung solcher Technologien eine wichtige Rolle spielen.