Недавнее открытие исследователей под руководством профессора Ли Цзяяна из Института генетики и биологии развития (IGDB) Китайской академии наук дает новую надежду в борьбе с паразитическими сорняками, которые ежегодно наносят глобальный ущерб сельскому хозяйству, превышающий 10 миллиардов долларов.
Исследователи идентифицировали ключевой ген - переносчик стриголактона SlABCG45 - в томатах, который играет решающую роль в поддержании баланса между устойчивостью хозяина к паразитическим сорнякам и урожайностью томатов.
Исследование, опубликованное в The Innovation , подчеркивает, как SlABCG45, транспортер стриголактона (SL), опосредует защиту растения от видов заразихи (Orobanche и Phelipanche), не влияя на урожайность. Это открытие рассматривается как значительный шаг к разработке культур с прочной, широкой устойчивостью к паразитическим сорнякам.
Стрига, паразитический сорняк, поражающий однодольные злаки, такие как кукуруза, сорго и просо, и заразиха, которая поражает такие культуры, как томаты, подсолнечник, картофель и нут, представляют собой серьезные проблемы для мирового сельского хозяйства. Управление паразитизмом является сложной задачей, и очень мало генов устойчивости были клонированы и охарактеризованы в растениях.
Чтобы выявить ключевые гены, которые обеспечивают устойчивость к заразихе, исследователи провели общегеномное ассоциативное исследование с использованием 152 образцов томатов и определили SlABCG45 как ключевой ген, который опосредует устойчивость хозяина к Phelipanche aegyptiaca.
Они обнаружили, что SlABCG45 и его близкий гомолог SlABCG44 являются локализованными на мембране переносчиками SL, играющими важную роль в экссудации SL в ризосферу, транспортировке SL от корней к побегам и посредничестве при прорастании семян заразихи.
Интересно, что SlABCG45 и SlABCG44 демонстрируют функциональную дифференциацию. Экспрессия SlABCG45 сильно реагировала на дефицит фосфора, экологический сигнал, который вызывает паразитизм, биосинтез SL и экссудацию, тогда как SlABCG44 слабо реагировал на дефицит фосфора. Кроме того, мутация SlABCG45 имела относительно слабое влияние на размер плодов, но мутант slabcg44 производит более мелкие плоды.
Исследовательская группа систематически оценила потенциал редактирования генома SlABCG45 в устойчивости к заразихе и показала, что отключение SlAGCG45 обеспечивает длительную и широкую устойчивость к видам заразихи у томатов.
Важно отметить, что полевые эксперименты, проводившиеся в течение двух последовательных лет в провинции Синьцзян, продемонстрировали, что подавление SlABCG45 значительно повысило устойчивость томатов к заразихе, что привело к увеличению урожайности более чем на 30% на поле, зараженном Phelipanche.
Наконец, исследователи предположили, что культуры с дефицитом биосинтеза SL, такие как Slccd8, проявляют устойчивость к заразихе. Однако сельскохозяйственное применение этой стратегии было затруднено сопутствующими нежелательными признаками, включая карликовость, чрезмерное количество ветвей, более мелкие и редкие плоды и снижение урожайности плодов.
Нокаутирование SlABCG45 значительно повысило устойчивость к Phelipanche и Orobanche, не жертвуя развитием плодов, что повысило урожайность плодов на полях, зараженных Phelipanche.
Предложенная модель улучшения устойчивости к заразихе и урожайности томатов с помощью SlABCG45. Источник: IGDB.
Полученные результаты показывают, что SlABCG45 является важнейшей целью для селекции культур, способных противостоять паразитическим сорнякам без ущерба для урожайности, что прокладывает путь к более устойчивым методам ведения сельского хозяйства в будущем.
Источник: Chinese Academy of Sciences.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.