Ген гибридного некроза пшеницы Ne2 обеспечивает устойчивость к бурой ржавчине и ценен для селекции

Бурая ржавчина, вызываемая грибом Puccinia triticina Eriks. (Pt), — опасное заболевание, угрожающее мировому производству пшеницы. При скрещивании некоторых сортов пшеницы с геном устойчивости к ржавчине Lr13 у гибридов F1 часто возникал гибридный некроз. Это явление вызывается комплементарными генами некроза Ne1 (на хромосоме 5BL) и Ne2 (на хромосоме 2BS). Ген Ne2 демонстрировал чрезвычайно тесную сцепленность с Lr13, но их функция и взаимосвязь десятилетиями оставались неизвестными.

В совместном исследовании под руководством профессора Ли Цзайфэна и профессора Лю Чжиюна учёные идентифицировали ген устойчивости к бурой ржавчине Lr13/LrZH22 и ген гибридного некроза Ne2/els1 и установили, что это один и тот же ген, проявляющий плейотропные эффекты.

Ключевые методы и результаты:

  • Китайский сорт Чжоумай 22 (ZM) показал высокую эффективность против большинства китайских патотипов Pt, причём устойчивость была выше при 25 °C, чем при 22 °C и 18 °C.
  • Ген LrZH22 был клонирован из этого сорта с помощью позиционного клонирования, MutRenSeq, EMS-мутагенеза, трансгенной валидации и анализа гаплотипов.
  • LrZH22 кодирует NLR-белок из 1072 аминокислот с доменами Rx-CC-like, NBS и LRR. Идентичная последовательность этого гена была найдена у линий Manitou и RL4031, несущих ген Lr13, что подтвердило их тождественность.
  • Ген раннего старения листьев els1 оказался сцеплен с LrZH22/Lr13. Анализ последовательностей и генетические эксперименты доказали, что NLR-ген является и els1 (Ne2).

Практическая значимость:

  • Сканирование мировой коллекции гексаплоидной пшеницы (650 образцов) с помощью функционального маркера гена LrZH22/Lr13/els1/Ne2 выявило 31 образец, несущий этот аллель и устойчивость к ржавчине.
  • Ключевая родительская линия Чжоу 8425B и такие широко распространённые в Северо-Китайской равнине сорта, как Нунда 212, Яньнун 15, Лянсин 99 и Чжоумай 22, несут этот ген и внесли значительный вклад в борьбу с бурой ржавчиной в Китае.

Исследование «Ген устойчивости пшеницы к бурой ржавчине при высокой температуре Lr13 проявляет плейотропные эффекты на гибридный некроз» опубликовано в журнале Molecular Plant 7 мая 2021 года.