Необычная генная пара в дикой пшенице открывает новые возможности в борьбе с болезнями культур

Исследователи из Университета Саскачевана (USask) изучают дикие сорта пшеницы, устойчивые к патогенам, чтобы опередить эволюцию бактерий, вирусов и грибов. Доктор Валентина Климюк и доктор Кёртис Позняк обнаружили уникальную пару генов, работающих вместе для защиты от болезней.

Центр развития сельскохозяйственных культур (CDC) USask исследует генофонд диких родственников пшеницы в поиске полезных признаков для создания новых сортов. Дикая пшеница, не будучи одомашненной, содержит ценное разнообразие для ответа на угрозы окружающей среды.

"Часть нашей работы — быть на шаг впереди патогенов, выявляя новые гены устойчивости, которые в идеале можно комбинировать, как кубики Lego", — сказала Климюк.

Изучая дикий штамм пшеницы, исследователи обнаружили у него значительную устойчивость к стеблевой (желтой) ржавчине — одной из пяти наиболее опасных грибковых инфекций. Сопротивление вело себя нетипично, что указывало на необычный ответ растения. Результаты опубликованы в Nature Genetics.

"Устойчивость действовала нетипично... Нас очень заинтересовало, что на самом деле происходит", — отметил Позняк.

Обычно за устойчивость к стеблевой ржавчине отвечает один ген. Однако в этом случае для полной устойчивости требовалась совместная работа двух генов: один отвечает за обнаружение вторгающегося патогена, а другой активирует иммунный ответ растения.

Эксперименты по "отключению" генов (подобно выключению автомата в электрощите) первоначально указывали на один ген. Но некоторые растения давали неожиданные результаты. После пересмотра гипотезы и повторного тестирования стало ясно, что задействованы два гена. Эти гены взаимодействуют на белковом уровне, физически соединяясь для запуска защитной реакции.

"Если бы мы сдались после первого набора экспериментов, мы никогда не пришли бы к выводу, что для устойчивости необходимо объединение двух генов. Это отличная научная история", — сказала Климюк.

Из-за необычного поведения генов Климюк разработала ДНК-тест, чтобы убедиться в присутствии этой пары в новых растениях. Это позволяет эффективно использовать гены в селекционной программе.

Открытие пополняет генетический "инструментарий" CDC, способствуя созданию более сильных и устойчивых сортов пшеницы.

"Взаимосвязь исследований и селекции позволяет нам держать цель в фокусе и создавать наиболее продуктивные сорта для фермеров. Этот проект также помогает понять и оценить сложность биологии растений", — заключил Позняк.