Полная геномная сборка разрушительного патогена сои

Международное исследовательское сотрудничество успешно собрало полную последовательность генома патогена, вызывающего разрушительное заболевание — азиатскую ржавчину сои.

Это достижение — критический шаг в борьбе с угрозой генетически сложного и высокоадаптивного гриба Phakopsora pachyrhizi, который имеет один из самых больших геномов среди всех патогенов растений. Азиатская ржавчина сои оказывает разрушительное воздействие на сою — важнейшую мировую культуру с глобальным производством в 346 миллионов тонн.

В благоприятных для распространения условиях ржавчина может уничтожить до 90% урожая сои. В настоящее время производители сои в основных регионах возделывания, таких как Латинская Америка, вынуждены использовать химикаты для защиты посевов.

Крупнейший производитель сои — Бразилия, где совокупные затраты на потери и меры борьбы с болезнью составляют 2 миллиарда долларов США за сезон.

Новый набор данных включает геномные последовательности трёх изолятов (K8108, MG2006 и PPUFV02), один из которых собран на уровне хромосом (PPUFV02). Эти три генома будут размещены в Joint Genome Institute и станут доступны в ближайшие недели.

Все три генома будут одинаково обработаны (маскирование повторов и аннотирование), чтобы облегчить прямое сравнение и выводы для научного сообщества. Это позволит исследователям изучать молекулярные механизмы патогена, прокладывая путь к селекции и созданию устойчивых к болезням культур.

Международный консорциум, стоящий за проектом, объединил 11 научных и отраслевых партнёров: The 2Blades Foundation, KeyGene, Joint Genome Institute (JGI), Bayer, Syngenta, Brazilian Company of Agricultural Research (Embrapa), l'Institut National de la Recherche Agronomique (INRA—Франция), Университеты Гогенгейма и RWTH Ахена (Германия), The Sainsbury Laboratory и Федеральный университет Висосы (Бразилия).

Патоген ржавчины сои высокоадаптивен: гены устойчивости, присутствующие в сое, быстро преодолеваются, а сам патоген развивает устойчивость к нынешнему поколению фунгицидов. Эти два фактора оставляют мало решений для контроля болезни в полевых условиях.

Два из трёх секвенированных консорциумом изолятов — из Бразилии, где воздействие ржавчины сои является огромной проблемой для фермеров.

Phakopsora pachyrhizi имеет чрезвычайно сложный геном: он в 60 раз больше генома дрожжей, состоит на 93% из повторяющихся элементов и обладает двумя ядрами.

Эта сложность задерживала прогресс в секвенировании данного патогена и потребовала использования передовых технологий секвенирования нового поколения для выполнения задачи.

Учитывая важность этой болезни, KeyGene предоставила на безвозмездной основе свою установку PromethION (первую в отрасли), а также своих экспертов по секвенированию и биоинформатике. Это позволило получить ультрадлинные прочтения ДНК патогена и создать высококачественную нанопоровую сборку. Это, в свою очередь, позволило доктору Йогешу Кумару Гупте из группы 2Blades создать сборку на уровне хромосом для изолята PPUFV02, ДНК для которого предоставил их давний сотрудник профессор Сérgio Brommonschenkel из Федерального университета Висосы (Бразилия).

Консорциум также создал транскриптомный атлас всех грибных структур и стадий инфекции патогена.

"Азиатская ржавчина сои — это критическая проблема для производителей сои", — сказал доктор Питер ван Эссе, руководитель группы 2Blades в The Sainsbury Laboratory, Норидж, один из участников сотрудничества.

"Сборка генома на уровне хромосом позволяет научному сообществу изучать с беспрецедентной детализацией компоненты патогена, критически важные для возникновения болезни. Это критический первый шаг на пути к разработке преобразующих стратегий контроля для борьбы с этим высокоразрушительным патогеном".

Три генома ржавчины сои будут размещены в Joint Genome Institute и доступны по адресу: mycocosm.jgi.doe.gov/Phapa1.