Учёные определили ключевой ген для устойчивости к паразитическим сорнякам и урожайности томатов

Исследователи под руководством профессора Ли Цзяяна из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук совершили прорыв в борьбе с паразитическими сорняками, которые ежегодно наносят мировой экономике ущерб в размере более $10 млрд.

Учёные идентифицировали ключевой ген SlABCG45 у томатов, который играет решающую роль в балансе между устойчивостью растения-хозяина к паразитическим сорнякам и урожайностью плодов.

Исследование, опубликованное в журнале The Innovation, показывает, что SlABCG45 — транспортер стриголактонов (SL) — опосредует защиту растения от видов заразихи (Orobanche и Phelipanche), не влияя на урожайность. Это открытие — важный шаг к созданию культур с долговременной и широкоспектральной устойчивостью к паразитическим сорнякам.

Для выявления ключевых генов устойчивости к заразихе исследователи провели полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) с использованием 152 образцов томатов и определили SlABCG45 как критически важный ген, опосредующий устойчивость хозяина к Phelipanche aegyptiaca.

Было установлено, что SlABCG45 и его близкий гомолог SlABCG44 являются мембранно-локализованными транспортерами стриголактонов, которые играют важную роль в:

• Экссудации SL в ризосферу.
• Транспорте SL от корней к побегам.
• Стимуляции прорастания семян заразихи.

При этом SlABCG45 и SlABCG44 демонстрируют функциональную дифференциацию:

• Экспрессия SlABCG45 сильно реагирует на дефицит фосфора — сигнал, который индуцирует паразитизм, биосинтез и экссудацию SL.
• SlABCG44 слабо реагирует на дефицит фосфора.
• Мутация SlABCG45 оказывает относительно слабое влияние на размер плода, в то время как мутант slabcg44 даёт более мелкие плоды.

Полевые эксперименты в течение двух лет в Синьцзян-Уйгурском автономном районе показали, что нокаут гена SlABCG45 значительно повышает устойчивость томатов к заразихе, что приводит к увеличению урожайности более чем на 30% на поле, заражённом Phelipanche.

Ранее было известно, что культуры с дефицитом биосинтеза SL (например, Slccd8) также проявляют устойчивость к заразихе. Однако применение этой стратегии в сельском хозяйстве ограничивалось сопутствующими нежелательными признаками: карликовостью, чрезмерным ветвлением, уменьшением размера и количества плодов.

Нокаут SlABCG45 значительно повышает устойчивость к Phelipanche и Orobanche без ущерба для развития плодов, что увеличивает урожайность на заражённом поле.

Эти результаты демонстрируют, что SlABCG45 является критической мишенью для селекции культур, устойчивых к паразитическим сорнякам без потери урожайности, открывая путь к более устойчивым сельскохозяйственным практикам.