Поиск устойчивости к гербицидам у фасоли выявил главный регулятор устойчивости к стрессу

Сорняк водяная конопля (waterhemp) — проблема для производителей многих культур. При уборке урожая стручковой фасоли (snap bean) её сегменты стеблей могут обламываться и загрязнять урожай несъедобными «стручками». Однако многие гербициды, эффективные против водяной конопли, вредят самой фасоли, оставляя производителям мало химических решений.

Новое исследование Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне и Службы сельскохозяйственных исследований USDA (ARS) выявило генотипы фасоли, устойчивые к флумиоксазину (flumioxazin) — почвенному гербициду, эффективному против водяной конопли. Более того, геномный регион, ответственный за эту толерантность, по-видимому, действует как главный переключатель, контролирующий множество генов устойчивости к стрессу.

Статья «Mapping of flumioxazin tolerance in a snap bean diversity panel leads to the discovery of a master genomic region controlling multiple stress resistance genes» опубликована в журнале Frontiers in Plant Science.

Исследователи использовали панель разнообразия из 377 генотипов фасоли, представляющих столетие селекции этой культуры. После посева семена обрабатывали флумиоксазином. Гербицид снизил густоту растений на 84% и биомассу на растение почти на 60%, но некоторые генотипы выжили практически без повреждений.

Анализ показал, что с толерантностью к флумиоксазину чётко связан геномный регион на хромосоме 2. «Это было как переключатель: выживание или нет», — сказал старший автор Марти Уильямс.

Обычно такая чёткая картина указывает на резистентность по месту действия (target site resistance), когда мутация в ферменте-мишени гербицида (протопорфириногеноксидаза, PPO) мешает связыванию. Однако ген PPO не находился в выявленном регионе. Также там не было обнаружено генов детоксицирующих ферментов, например, класса P450.

Анализ экспрессии генов показал, что у толерантных растений ферменты P450 и некоторые антиоксиданты экспрессировались сильнее, а гены, связанные с апоптозом («клеточным самоубийством»), — слабее. Учёные предполагают, что в ключевом регионе может находиться неизвестный элемент (возможно, фактор транскрипции), который контролирует активацию генов P450 и других стресс-ответных генов по всему геному.

«В конечном счёте, мы хотели выяснить, может ли флумиоксазин избирательно контролировать водяную коноплю в посевах фасоли. К сожалению, у большинства сортов фасоли недостаточно толерантности к этому гербициду», — отметил Уильямс.

«Однако существование единого элемента, способного регулировать экспрессию большого числа генов, вовлечённых в устойчивость к стрессу, очень интересно как для фундаментальной науки, так и для прикладной селекции сельскохозяйственных культур».