Учёные разгадали 30-летнюю генетическую загадку ржавчины пшеницы
Международная группа исследователей из Университета Сиднея, CSIRO, Центра Джона Иннеса (Великобритания), Limagrain UK и Национального института сельскохозяйственной ботаники (NIAB) впервые изолировала основные гены устойчивости к разрушительной жёлтой (линейной) ржавчине, опустошающей посевы пшеницы по всему миру.
Учёные клонировали три родственных гена устойчивости к ржавчине — Yr7, Yr5 и YrSP. Это открытие позволит точно отслеживать эти важные гены и внедрять их в селекционные программы для борьбы с постоянно эволюционирующими патогенами, способными уничтожить до 70% и более всего урожая пшеницы за раз.
Пшеница — один из самых экономически важных основных продуктов питания, от которого зависит более трети населения мира. Ржавчина пшеницы — одно из самых распространённых и разрушительных заболеваний. Жёлтая ржавчина (ярко-жёлтая, в форме полос) является наиболее проблемным патогеном в мире, поскольку легко адаптируется к разным климатам и условиям, а у селекционеров не так много эффективных генов для использования в сортах.
Характеристика этих трёх генов стала возможной за короткий срок благодаря совершенствованию технологий и коллаборации между Австралией и Великобританией. Команда по исследованию ржавчины злаков Университета Сиднея под руководством профессора Роберта Парка в 2015 году создала мутантные популяции и идентифицировала мутанты для каждого гена. Параллельно, не зная об этом, учёные в Великобритании работали над двумя генами. О работе друг друга они узнали на 13-м Международном симпозиуме по генетике пшеницы в апреле 2017 года и начали сотрудничество.
Результаты опубликованы в журнале Nature Plants.
Соавтор работы, доктор Пэн Чжан из Университета Сиднея, заявил, что это исследование является крупным вкладом в понимание класса генов устойчивости, кодирующих иммунные рецепторные белки у пшеницы: несмотря на очень похожую структуру, каждый ген обеспечивает уникальную и отличную специфичность распознавания патогена жёлтой ржавчины.
«Эта работа окончательно прояснила взаимосвязь между этими тремя генами и дала ответ на вопрос, которому более 30 лет. Наша работа представляет собой первую подтверждённую молекулярную изоляцию основных генов устойчивости к жёлтой ржавчине».
Ведущими авторами стали аспиранты: Цзяньпин Чжан (Университет Сиднея и CSIRO) и Клеманс Маршаль (Центр Джона Иннеса, Великобритания).
Аспирант Цзяньпин Чжан отметила, что ещё недавно клонирование гена устойчивости из пшеницы занимало много лет.
«Благодаря прогрессу в мутационной геномике, технологиях секвенирования и клонирования, мы смогли клонировать все три гена за относительно короткий период времени. Теперь у нас есть полное понимание структуры генов и взаимосвязей между этими тремя важными генами».
Доктор Пэн Чжан добавил, что этот прорыв также может позволить редактировать гены, утратившие эффективность против патогена ржавчины, чтобы попытаться снова «включить» их активность. Это станет способом защиты от ржавчины при минимизации использования фунгицидов.
«Были разработаны диагностические маркеры, чтобы эти гены могли быть оперативно использованы в селекционных программах пшеницы по всему миру. Кроме того, клонирование и функциональный анализ этих генов могут привести к новым стратегиям контроля в будущем».