Остановить грибок желтой пятнистости, поражающий посевы пшеницы

Ученые из Центра управления болезнями сельскохозяйственных культур (CCDM) и Университета Кертина в Западной Австралии использовали передовую методику визуализации на Австралийском синхротроне для детального изучения того, как грибок, обнаруживаемый в посевах пшеницы, повреждает ее листья.

Исследование считается одним из первых, в котором для изучения биотического стресса, связанного с грибковой инфекцией у пшеницы, использовалась рентгеновская микроскопия высокого разрешения.

С помощью рентгеновской флуоресцентной микроскопии (XFM) образцов листьев пшеницы команда, включавшую руководителя проекта д-ра Фатиму Наим и стипендиата ARC Future Fellow д-ра Марка Хакетта, картировала распределение специфических элементов в листьях в точках заражения и вокруг них.

Желтая пятнистость — повсеместно распространенное грибковое заболевание, вызываемое Pyrenophora tritici-repentis (Ptr). Оно может снижать урожайность зерна до 20%. В Австралии это одна из самых затратных болезней для индустрии пшеницы, с ежегодными потерями урожая, оцениваемыми более чем в 210 млн долларов.

Грибок производит эффекторы — токсины, которые вызывают некроз (гибель клеток) у восприимчивых сортов-хозяев. Влияние инфекции на фотосинтез распространяется далеко за пределы видимых симптомов.

Использование рентгеновской визуализации позволяет исследовать эти области с очень высоким разрешением. Планируется сравнить полученные данные с информацией от других методов, включая мульти-омиксные подходы и визуализацию флуоресценции хлорофилла.

Один из конкретных элементов, представляющих интерес в проекте, — калий, важный для многих аспектов физиологии растений. Однако рентгеновские лучи могут детектировать сигнал калия только на поверхности или сразу под ней.

Чтобы обойти эту проблему, команда разработала и опробовала новый подход, использующий рубидий в качестве заместителя (суррогата) для калия. Рубидий находится в периодической таблице под калием и ведет себя сходным образом в химических реакциях и при транспорте в растении. Его можно использовать для понимания того, что происходит с калием, с преимуществом, что рентген позволяет визуализировать рубидий в любой части листа.

Текущий эксперимент был разработан, чтобы продемонстрировать, что и рубидий, и калий будут визуализироваться одинаковым образом в листе пшеницы с симптомами желтой пятнистости. Эти результаты лягут в основу будущих планов по трехмерной визуализации рубидия с помощью XFM.

Исследовательская группа намерена вернуться на Австралийский синхротрон в начале следующего года, чтобы использовать инфракрасную микроспектроскопию (IRM) для изучения того, как биологические молекулы в листьях пшеницы поражаются желтой пятнистостью.

Информация от IRM (биологические молекулы) и XFM (элементы) может иметь жизненно важное значение для точного определения физиологических механизмов, с помощью которых некротрофный грибок повреждает и распространяется в листьях пшеницы.

Центр управления болезнями сельскохозяйственных культур (CCDM), совместно поддерживаемый Университетом Кертина и Корпорацией исследований и развития зерновых (GRDC), фокусируется на предоставлении решений австралийским фермерам для борьбы с основными патогенами пшеницы, ячменя, рапса и зернобобовых.