Открыта пара генов пшеницы, борющаяся с мучнистой росой

Исследование выявило пару генов пшеницы RXL и Pm5e (nucleotide-binding and leucine-rich repeat, NLR), которая обеспечивает устойчивость к разрушительному заболеванию — мучнистой росе пшеницы.

Работа под руководством профессора Лю Чжиюна из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук, опубликованная в Plant Biotechnology Journal, может открыть путь к созданию более устойчивых сортов пшеницы и снизить зависимость от пестицидов.

Мучнистая роса пшеницы, вызываемая грибом Blumeria graminis f. sp. tritici (Bgt), приводит к потерям урожая примерно на 10–40%.

Большинство клонированных генов устойчивости к мучнистой росе кодируют белки CNL (CC-NLR), которые могут формировать колесоподобный пентамерный комплекс — резистосому. Её CC-домен встраивается в плазматическую мембрану и действует как Ca²⁺-канал, запуская иммунный ответ.

Обычно один NLR-белок одновременно распознаёт эффекторы патогена и запускает иммунитет. Однако некоторые NLR функционируют парами: сенсорный NLR распознаёт эффектор, а исполнительный (helper) NLR инициирует иммунный ответ. Такие пары часто тесно сцеплены в геноме, но было неясно, существуют ли они у пшеницы.

В данном исследовании было показано, что гены RXL и Pm5e в пшенице функционируют вместе как NLR-пара, опосредуя устойчивость к мучнистой росе. Оба гена кодируют атипичные NLR-белки: RXL имеет усечённый NB-ARC домен, а Pm5e — атипичный CC-домен.

Дальнейший анализ показал, что RXL и Pm5e предпочитают формировать гетеромерный комплекс. CC-домен Pm5e может конкурентно взаимодействовать, специфически подавляя гиперчувствительный ответ, запускаемый CC-доменом RXL, что раскрывает возможный регуляторный механизм этой пары.

Филогенетический анализ показал, что ортологи RXL/Pm5e эволюционировали из уже существующей головой-к-голове пары до дивергенции трибовых злаков (Triticeae).

Это исследование представляет первое доказательство, что NLR-пары опосредуют устойчивость к болезням у пшеницы, раскрывает молекулярный механизм работы RXL/Pm5e и предоставляет генетические ресурсы для селекции устойчивой пшеницы.