Обнаружены гены для борьбы с опасной болезнью пшеницы
Международная исследовательская группа под руководством Центра Джона Иннеса использовала инновационные методы геномного поиска, чтобы показать, как можно остановить опасное заболевание — пшеничную головню (wheat blast).
В ходе экспериментов исследователи идентифицировали два гена, которые защищали экспериментальные растения пшеницы от патогенного гриба Magnaporthe oryzae, вызывающего болезнь.
Для этого команда использовала метод AgRenSeq, позволивший им искать полезные гены в панели старинных сортов пшеницы — коллекции Уоткинса, а также среди диких родственников пшеницы.
Коллекция Уоткинса была собрана по всему миру в 1930-х годах и содержит более 300 линий пшеницы, сохранивших генетическое разнообразие для борьбы с болезнями, существовавшее до начала интенсивной селекции. Такие коллекции, наряду с дикими родственниками пшеницы, стали жизненно важным ресурсом для поиска генов, защищающих современные культуры.
Профессор Пол Николсон: "Мы сделали важное открытие в отношении возникающей болезни, угрожающей глобальной продовольственной безопасности, и в процессе подчеркнули ценность коллекции Уоткинса и геномного инструментария AgRenSeq. Теперь наша роль — взаимодействовать с такими организациями, как CIMMYT, чтобы обеспечить включение этих генов в селекционные материалы для защиты от головни".
Как нашли гены
- Исследователи тестировали проростки и колосья из коллекции Уоткинса на устойчивость к специально модифицированным изолятам патогена.
- С помощью AgRenSeq были идентифицированы участки генома, активные у устойчивых растений.
- Это привело к обнаружению гена-кандидата Rwt3, который защищает пшеницу, регулируя NLR-ген (кодирует защитные белки, распознающие эффекторы патогена).
- Другой обнаруженный ген, Rwt4, представляет собой тандемную киназу. Этот ген также был найден у дикого предка пшеницы — Aegilops tauschii.
- Эксперименты в теплице на растениях пшеницы с "выключенными" этими генами подтвердили, что именно Rwt3 и Rwt4 обеспечивают защиту.
Исследование, опубликованное в Nature Plants, также показало, что вариант гена Rwt4, названный Pm24, защищает растения от другой значимой болезни — мучнистой росы.
Значение и перспективы
Метод AgRenSeq потенциально позволяет находить гены устойчивости к географически специфичным штаммам патогена. Это доказывает концепцию быстрого реагирования на новые болезни сельхозкультур путем поиска защитных генов в старинных сортах или диких родственниках и внедрения их в элитные сорта.
Коллаборация, включающая группы из Японии и Саудовской Аравии, планирует передать эту информацию в CIMMYT, предоставив генетические маркеры. Это позволит селекционерам быстро находить эти гены в своих коллекциях и включать их в программы по созданию устойчивых к головне сортов пшеницы.
Д-р Сану Арора, ведущий автор исследования: "Разрушительный эффект пшеничной головни в Южной Америке, Южной Азии и Африке — это предупредительный звонок для Европы. Мы не уверены, находится ли эта болезнь уже на горизонте Европы, но она может потенциально перемещаться через миграцию людей или импорт семян. Поэтому критически важно защитить эту жизненно важную культуру от надвигающейся угрозы".
Справка: Пшеничная головня
Заболевание, вызываемое грибом Magnaporthe oryzae, впервые было идентифицировано в Бразилии в 1985 году в результате "прыжка хозяина" с райграса. С тех пор оно вызвало эпидемии в Боливии, Парагвае, Замбии, Индии и Бангладеш, став крупной угрозой глобальной продовольственной безопасности.
Гены устойчивости Rwt3 и Rwt4 работают, распознавая гены патогена PWT3 и PWT4, и тем самым предотвращают заражение. Считается, что эпидемии в Бразилии произошли из-за широкого распространения сортов пшеницы, лишенных гена Rwt3, что сделало их уязвимыми для патогенов с райграса. Это подчеркивает важность поддержания этих генов в современных сортах для предотвращения будущих вспышек.