Броня лилий: секретная защита от патогенов растений

Фузариозное увядание представляет серьёзную угрозу для мировой индустрии срезочных цветов, особенно для лилий. Болезнь, вызываемая грибом Fusarium oxysporum, приводит к значительным экономическим потерям из-за увядания и гибели растений. Традиционные методы селекции сталкивались с трудностями в создании устойчивых сортов из-за сложных генетических и метаболических факторов, вовлечённых в устойчивость к болезням. Для решения этих проблем необходимо изучать механизмы устойчивости у диких видов, таких как Lilium regale, чтобы выявить потенциальные пути и гены для улучшения культурных растений.

Исследователи из Куньминского научно-технологического университета опубликовали 20 мая 2024 года в журнале Horticulture Research исследование устойчивости Lilium regale к фузариозу.

В работе использован мульти-омиксный подход, сочетающий транскриптомику, протеомику и метаболомику, чтобы расшифровать сложные защитные механизмы у этой дикой лилии. Исследование подчёркивает ключевую роль метаболизма фенилпропаноидов в обеспечении устойчивости. Эти данные могут направлять будущие селекционные программы по улучшению устойчивости коммерчески важных сортов лилий.

Мульти-омиксный анализ выявил значительную активацию генов и путей, связанных с метаболизмом фенилпропаноидов, у Lilium regale после заражения Fusarium oxysporum. Ключевые метаболиты, такие как лигнин, флавоноиды и гидроксикоричные кислоты, накапливались в устойчивых лилиях в больших количествах по сравнению с восприимчивыми. Эти соединения не только укрепляли физические барьеры растения, улучшая состав клеточной стенки, но и проявляли прямые противогрибковые свойства, подавляя рост патогена и снижая его вирулентность.

Кроме того, было обнаружено, что этилен-чувствительные транскрипционные факторы (ERFs), особенно LrERF4, играют ключевую роль в регуляции этих метаболических путей. Сверхэкспрессия LrERF4 в восприимчивых сортах лилий повышала их устойчивость, что дополнительно подчёркивает важность метаболизма фенилпропаноидов в защитной стратегии растения. Этот комплексный анализ даёт более глубокое понимание молекулярных и биохимических основ количественной устойчивости у растений, открывая новые пути для селекции устойчивых культур.

Старший исследователь доктор Дицю Лю подчеркнул значимость работы: «Интеграция мульти-омиксных подходов для понимания сложных защитных механизмов растений крайне важна. Раскрыв роль метаболизма фенилпропаноидов в устойчивости Lilium regale к фузариозу, мы закладываем прочную основу для будущих селекционных программ. Открытие ключевых регуляторных генов, таких как LrERF4, открывает новые возможности для создания устойчивых к болезням сортов с потенциально преобразующим эффектом для садоводческой отрасли».

Исследование имеет далеко идущие последствия для садоводства. Идентификация метаболизма фенилпропаноидов как ключевого защитного механизма у Lilium regale представляет собой многообещающую мишень для селекции устойчивых сортов лилий. Более того, регуляторная роль LrERF4 открывает возможности для создания культур с улучшенной устойчивостью к фузариозу и, возможно, другим грибковым заболеваниям. Применяя эти знания, селекционеры смогут выводить более устойчивые растения, обеспечивая стабильное производство и сокращая потери от болезней, что в конечном итоге принесёт пользу мировому цветочному рынку.