Недорогая система фенотипирования раскрывает ключевые аспекты количественной устойчивости к болезням у диких томатов

Количественная устойчивость к болезням (QDR) — это сложная, но долговечная форма устойчивости растений, обеспечивающая частичную защиту от широкого спектра патогенов. В отличие от качественной устойчивости, контролируемой главными генами устойчивости (R-генами), QDR является полигенной и проявляется различными способами, например, в виде задержки развития поражений или снижения частоты заражения.

Исследование, опубликованное в Plant Phenomics 5 августа 2024 года, предлагает дорожную карту для селекции более устойчивых к болезням сортов томатов.

Научная группа изучила QDR у четырёх диких видов томатов — S. habrochaites, S. lycopersicoides, S. pennellii и S. pimpinellifolium — против патогена Sclerotinia sclerotiorum с использованием автоматизированной системы фенотипирования «Navautron». Система непрерывно фиксировала изображения заражённых листьев, а алгоритм сегментации использовался для количественной оценки параметров, таких как частота заражения (IF), продолжительность лаг-фазы, время удвоения поражения (LDT) и площадь под кривой развития болезни (AUDPC).

Для учёта вариабельности применялись статистические модели, включая обобщённый метод наименьших квадратов и обобщённые линейные модели. Исследование выявило значительное фенотипическое разнообразие QDR между видами. S. pimpinellifolium имел самую короткую лаг-фазу (36,2 часа), в то время как у S. habrochaites и S. pennellii лаг-фазы были длиннее (около 59 часов).

Анализ роста поражений показал, что S. pimpinellifolium и S. pennellii имели самую быструю экспансию поражений с временем удвоения 11 часов, тогда как у S. habrochaites и S. lycopersicoides скорость роста была ниже — до 36 и 41 часа соответственно.

Частота заражения также варьировала: S. habrochaites показал самый низкий уровень (80%) по сравнению с более высокими показателями у S. lycopersicoides и S. pennellii (93%–95%). Внутривидовая изменчивость показала, что S. pennellii демонстрирует широкий диапазон лаг-фаз среди своих образцов, в то время как S. lycopersicoides был более однородным.

Анализ роста поражений у образцов S. pennellii выявил зависимость устойчивости от генотипа: LA1941 показал самую низкую частоту заражения, а LA1809 — самую высокую тяжесть болезни. Корреляционный анализ показал, что параметры QDR, такие как лаг-фаза и LDT, в значительной степени независимы.

Эти результаты подчёркивают сложное взаимодействие между генетическим фоном и QDR, что имеет значение для селекции устойчивых культур.

По словам старшего исследователя, доктора Ремко Стама: «Раскрытие потенциала QDR в селекции сельскохозяйственных культур долгое время было сложной задачей. Наше исследование демонстрирует экономически эффективную систему фенотипирования, которая может предоставлять высокодетальные данные, необходимые для понимания и использования признаков QDR у диких родственников культурных растений».

Исследование подчёркивает потенциал недорогих и высокоэффективных систем фенотипирования в фитопатологии. Разделяя QDR на отдельные механизмы, учёные могут более эффективно выводить культуры, которые не только устойчивы, но и способны выдерживать различные стрессы окружающей среды. Эти достижения дают надежду на устойчивое сельское хозяйство, где растения могут защищаться от болезней без сильной зависимости от фунгицидов или главных R-генов.