Гены, обеспечивающие устойчивость ячменя к листовой ржавчине

Международная группа исследователей под руководством учёных из KAUST идентифицировала гены, которые обеспечивают устойчивость ячменя к нескольким видам листовой ржавчины. Это открытие может изменить подход к селекции устойчивых к болезням злаковых культур и помочь в решении проблемы глобальной продовольственной безопасности.

"Болезнь — это исключение, а устойчивость — правило: большинство микробов не вызывают заболеваний ни у нас, ни у злаковых растений", — говорит Саймон Краттингер из Центра пустынного сельского хозяйства KAUST. — "Это называется нехозяйской устойчивостью — устойчивостью всего вида ко всем штаммам патогена. Однако нехозяевая устойчивость у злаков изучена плохо".

Взаимодействие злаков и ржавчины идеально подходит для изучения нехозяйской устойчивости, так как все злаки принадлежат к семейству злаковых, но каждый вид поражается только одним конкретным видом ржавчины (например, листовая ржавчина пшеницы заражает только пшеницу). В ячмене существуют молекулярные факторы, препятствующие колонизации листовой ржавчиной пшеницы, поэтому определение генов, ответственных за создание этого молекулярного барьера для инфекции, было бы бесценно для селекционеров.

"Важно, что нехозяевая устойчивость более долговечна, чем устойчивость хозяина — врождённая иммунная система растения обеспечивает некоторую защиту, но только до тех пор, пока патогены не эволюционируют, чтобы её обойти", — говорит постдок Краттингера Яцзюнь Ван. — "Нашей самой большой проблемой было идентифицировать гены нехозяйской устойчивости у растений ячменя, особенно учитывая, что его геном почти вдвое больше человеческого".

Все сорта ячменя устойчивы к листовой ржавчине других злаков; следовательно, внутри вида нет явных генетических вариаций, которые могли бы указать на вовлечённые гены. Коллеги KAUST из Нидерландов разработали новый метод сужения поиска.

Они заразили 1733 сорта ячменя листовой ржавчиной пшеницы. Большинство растений были устойчивы, но у нескольких линий на стадии проростков появились признаки ржавчины. Этого было недостаточно для полного заражения, но команда смогла скрестить эти линии, чтобы получить одну линию, высоковосприимчивую к листовой ржавчине пшеницы. Её затем скрестили с обычным сортом ячменя и проанализировали, чтобы определить генетические вариации, обеспечивающие нехозяевую устойчивость.

"С помощью обширного геномного анализа мы обнаружили гены, кодирующие рецепторную киназу, которая создаёт барьер для ржавчины пшеницы в ячмене", — говорит Ван. — "Перенос этих генов в пшеницу может привести к созданию сортов, устойчивых ко всем расам пшеничной ржавчины".

"Это очень многообещающая стратегия, которая наконец может решить одну из самых больших проблем в мировом производстве пшеницы", — отмечает Краттингер.