Грибы-ржавчинники: геномные ключи к защите биоэнергетических культур

Грибы-ржавчинники — облигатные биотрофные патогены, наносящие значительный экономический ущерб сельскому и лесному хозяйству, что может угрожать выращиванию биомассы для производства биотоплива. Международная исследовательская группа, включавшая специалистов из Объединенного института генома Министерства энергетики США (DOE JGI), сравнила геномы двух таких грибов, чтобы понять механизмы заражения растений.

Изученные патогены:

  • Melampsora larici-populina (ржавчина листьев тополя): первый секвенированный патоген деревьев. Его геном размером 101 млн пар оснований был секвенирован в DOE JGI и опубликован в 2008 году. Вспышки болезни могут приводить к потере до 50% годового прироста в тополиных плантациях.
  • Puccinia graminis (стеблевая ржавчина пшеницы и ячменя): вызывает крупные эпидемии по всему миру. Особо опасный штамм Ug99 распространился по Африке и Центральной Азии, преодолев большинство устойчивых сортов пшеницы.

Ключевые выводы исследования:

  1. Геномы двух ржавчинников, хотя они и отдаленно родственны, демонстрируют специфическое расширение определенных семейств генов.
  2. Патогены используют двухэтапную стратегию атаки: маскируют свое присутствие от растения, а затем с помощью ферментов прикрепляют свою клеточную стенку к клеточной стенке растения для проникновения.
  3. Геномы содержат более тысячи мелких эффекторных белков, которые, вероятно, подавляют защитные реакции растения.

Значение для биоэнергетики:

Секвенирование генома M. larici-populina позволяет глубже изучить взаимодействие "биоэнергетического" дерева (тополя) с его микробным окружением. По словам Франсиса Мартена (INRA), это открывает путь к пониманию того, как выращивать тополь и другие культуры для производства биотоплива.

Перспективы:

  • Точный анализ эффекторов поможет в селекции устойчивых к ржавчине сортов тополя.
  • Планируется секвенировать больше геномов Melampsora, чтобы понять эволюцию патогена и его адаптацию к растению-хозяину.
  • Геномные "инструментарии" позволят изучать генетическое разнообразие патогенов на популяционном уровне и разрабатывать стратегии борьбы с ними.