Выносливый дикий злак, который может спасти наш хлеб
Дикий вид злака Aegilops sharonensis содержит «прорывной» ген устойчивости к болезням, который можно ввести в пшеницу для защиты от одного из самых опасных патогенов.
Международная исследовательская группа идентифицировала ген устойчивости к стеблевой ржавчине из дикого вида козьей пырея Aegilops sharonensis.
Команда под руководством John Innes Centre, The Sainsbury Laboratory и Университета Миннесоты использовала биоинформатические методы для создания первой точной геномной карты Aegilops sharonensis.
Генетический потенциал этого выносливого родственника пшеницы, произрастающего в Израиле и южном Ливане, до сих пор был мало изучен.
Используя генетическую карту и метод поиска Mutant Hunter, команда просканировала геном на мутации, ища различия между растениями, устойчивыми и восприимчивыми к стеблевой ржавчине.
Поиск выявил ген-кандидат Sr62. Исследователи выделили этот ген и перенесли его в восприимчивое растение, где он обеспечил сильную защиту от всех протестированных штаммов грибка стеблевой ржавчины пшеницы (Puccinia graminis f. sp. tritici).
«У нас теперь есть этот "блокбастерный" ген, который обеспечивает удивительный иммунитет», — сказал доктор Бранде Вульф, соавтор исследования.
Эксперименты, описанные в журнале Nature Communications, показали, что ген Sr62 кодирует молекулу тандемной протеинкиназы. Изучается механизм её работы для возможной биологической инженерии с целью повышения эффективности.
Планируется использовать новый ген как часть стека (набора) генов, вводимых в популярные сорта пшеницы с помощью технологий генетической модификации. Ожидается, что в популяциях Aegilops sharonensis и других диких злаков будет найдено больше генов устойчивости.
Aegilops sharonensis обладает ценными сельскохозяйственными признаками, но его сложно скрещивать с пшеницей из-за длительного времени генерации, жёсткой семенной оболочки и других барьеров.
«Учитывая большие трудности в скрещивании... мы были почти уверены, что гены устойчивости, обнаруженные в диком виде, окажутся новыми», — пояснил профессор Брайан Стеффенсон, соавтор исследования.
Исследование подчёркивает важность сохранения этого вида, ареал которого невелик и находится под угрозой из-за урбанизации. Одобрение ГМ-пшеницы для засухоустойчивости в Латинской Америке может открыть путь для более широкого внедрения таких признаков в условиях климатического кризиса.
Поиск устойчивости к стеблевой ржавчине становится всё более актуальным, поскольку эпидемии учащаются, а изменение климата угрожает дальнейшему распространению болезни.
«Такие патогены, как стеблевая ржавчина, уже снижают урожайность пшеницы на 21%... Если мы сможем вмешаться с помощью генетики, используя устойчивость, найденную в этой дикой траве, это станет невероятным вкладом в сельское хозяйство и борьбу с изменением климата», — отметил доктор Вульф.
Исследование «Aegilops sharonensis genome-assisted identification of stem rust resistance gene Sr62» опубликовано в Nature Communications.