Учёные нашли ген устойчивости к вирусу в дикой траве для улучшения злаков
Исследователи из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук идентифицировали первый у однодольных растений ген устойчивости к вирусу, кодирующий иммунный рецептор NLR (nucleotide-binding, leucine-rich repeat). Ген был найден у дикой травы Brachypodium для повышения устойчивости зерновых культур (пшеницы и ячменя) к вирусу полосатой мозаики ячменя (Barley stripe mosaic virus, BSMV). Результаты опубликованы в New Phytologist.
Вирусные заболевания серьёзно угрожают урожайности. Хотя у двудольных растений было идентифицировано несколько NLR-белков, обеспечивающих устойчивость к вирусам, подобный белок, вовлечённый в противовирусный иммунитет, ранее не находили у однодольных, включая ключевые зерновые культуры (пшеницу, рис, кукурузу, ячмень, овёс). BSMV — это трипартитный РНК-вирус с положительной цепью, поражающий ячмень (Hordeum vulgare L.), пшеницу (Triticum aestivum L.) и овёс (Avena sativa L.), вызывая значительные потери урожая.
Brachypodium distachyon, представитель подсемейства мятликовых, стал модельным видом для изучения холодостойких злаков. Это растение легко культивировать, оно самоопыляемо, имеет небольшой геном, короткий жизненный цикл и высокую генетическую изменчивость.
В этом исследовании учёные клонировали первый ген устойчивости к BSMV — barley stripe resistance 1 (BSR1), кодирующий типичный CC-NBS-LRR (NLR) белок, из инбредной линии Bd3-1 B. distachyon методом позиционного клонирования. Они обнаружили, что ген BSR1 из дикой травы можно использовать для повышения устойчивости к BSMV у пшеницы и ячменя.
Анализ последовательностей показал, что BSR1 присутствует лишь у немногих образцов B. distachyon из региона Турция–Ирак и B. hybridum из Израиля. У восприимчивого аллеля bsr1 обнаружена уникальная вставка в C-концевой области, что приводит к потере гиперчувствительного ответа, обычно индуцируемого движковым белком TGB1 вируса BSMV.
С помощью биологических тестов, конфокальной микроскопии, мутационного анализа и иммунопреципитации исследователи убедительно показали, что аминокислоты 390/392 в белке TGB1 критически важны для взаимодействия с BSR1. В белке BSR1 из Brachypodium были идентифицированы две аминокислоты (G196/K197) в P-петле, ключевые для взаимодействия BSR1–TGB1.
Взаимодействие BSR1–TGB1 также происходит у ячменя, пшеницы и N. benthamiana, что демонстрирует важность использования модельного растения Brachypodium для поиска новых генов для улучшения злаков и изучения врождённого иммунитета однодольных растений против вирусов.