Исследователи клонировали гены устойчивости к ржавчине пшеницы Lr9 и Sr43 и определили, что они кодируют необычные белки слияния киназ. Их исследование откроет новые возможности для решения проблемы устойчивости к болезням у мягкой пшеницы.
Каждый год около 20% мирового производства пшеницы теряется из-за вредителей и болезней, что эквивалентно 3 судам с зерном. Выведение устойчивых сортов – один из самых экономичных и экологичных способов решения данной проблемы.
Дикие родственники пшеницы, по мнению ученых, являются идеальным «резервуаром» в части генетического разнообразия для улучшения сельскохозяйственных культур. В частности, ген устойчивости Lr9 к листовой ржавчине был первоначально идентифицирован у козлятника дикого (Aegilops umbellulata). В новаторском эксперименте, проведенном в 1950-х годах, ученым удалось перенести микроскопический сегмент хромосомы Aegilops, содержащей ген Lr9, в мягкую пшеницу, тем самым продемонстрировав возможность скрещивания небольших сегментов хромосом, взятых от дальних диких родственников культурных растений.
Исследователи отмечают, что около 40% генов устойчивости, обнаруженных в современной мягкой пшенице, были скрещены с пшеницей от ее диких родственников. Весь процесс занял более 60 лет. К примеру, сорта пшеницы, содержащие Lr9, были созданы в конце 1960-х годов, и данный ген до сих пор эффективен во многих районах выращивания пшеницы. Однако ученые поясняют, что данный механизм скрещивания может спровоцировать внедрение неблагоприятных версий других генов от дикого родственника.
Две команды ученых клонировали гены Lr9 и Sr43, создавая мутантов и сравнивая их последовательность с родительскими геномами. Специалисты смогли вывести последовательность клонирования, в ходе которой исключалось бы внедрение «ненужных» генов в процессе создания новых линий мягкой пшеницы. Не менее важным оказался и тот факт, что исследователям удалось смоделировать возможность объединения изучаемых генов с другими, в частности, с геном устойчивости к ржавчине, получив в итоге линии с превосходной и более долговечной устойчивостью.
Для клонирования специалисты разработали абсолютно новую методику MutIsoSeq, основанную на секвенировании мРНК, а не геномной ДНК. Методика позволяет секвентировать сразу несколько мРНК из родительских линий дикого типа и мутантных растений с целью идентификации генов-«кандидатов». По заявлению ученых, данная технология намного дешевле своих аналогов и позволяет фактически в экспресс-режиме выявлять необходимые гены.
Клонирование Lr9 и Sr43 также показало, что гены «кодируют» необычные белки слияния киназ. В частности, киназы пшеницы относительно недавно стали «новым игроком», участвующим в устойчивости пшеницы и ячменя к болезням.
«Болезнетворные микроорганизмы выделяют белки, блокирующие иммунитет у растения, что способствует развитию заболевания. Слияние этих белков с киназами может позволить растению-хозяину быстрее и проще обнаруживать присутствие патогенов и запускать защитные реакции», — отметили ученые.
Также в ходе исследования ученые выяснили, что ген Sr43 чувствителен к высоким температурам – его механизм действия значительно снижается в период аномальной жары. Задача специалистов – расшифровать молекулярный механизм температурной чувствительности для последующей разработки сортов пшеницы, устойчивых к изменению климата.
Больше интересной информации - на портале "ГлавАгроном"