Исследователь определил гены, критически важные для реакции растений на мучнистую росу

Мучнистая роса, похожая на легкую пыль, может атаковать побеги, тормозить рост и искажать развитие растений. Если с ней не бороться, этот быстро распространяющийся грибок может нанести ущерб урожаю в Калифорнии на миллиарды долларов. Например, это самое значительное заболевание винограда в регионе, приводящее к потерям в 30% и более.

Используя высокоточный анализ инфицированных клеток растений и генетический анализ, Мэри Уайлдермут из Беркли определила гены, критически важные для реакции растения на атаку мучнистой росы. Это открывает путь к стратегиям селекции растений для ослабления воздействия грибка.

Исследование сфокусировано на растении из семейства горчичных — Arabidopsis thaliana, популярном объекте молекулярно-генетических исследований из-за небольшого секвенированного генома и короткого жизненного цикла.

При поддержке программы Bakar Fellows Уайлдермут применяет свои открытия в Arabidopsis для защиты коммерчески ценных культур: «Мы уже определили параллельные гены у ряда важных сельскохозяйственных культур. Целенаправленная селекция для ограничения их способности способствовать развитию мучнистой росы должна защитить растения без обширных химических обработок».

Когда споры грибка попадают на лист, они прорастают и внедряются, образуя долеподобную питающую структуру. Грибок также манипулирует физиологией соседних клеток листа, чтобы получить больше питательных веществ для поддержания своей сети и образования новых спор.

Лаборатория Уайлдермут использовала метод лазерной микродиссекции под оптическим микроскопом, чтобы выделить и изучить именно те клетки растения, которые содержат питающую структуру грибка, и их соседей. Из этих клеток выделили РНК и определили, какие гены включены или выключены в месте инфекции.

Ученые идентифицировали набор генов, которые фактически помогают грибку отбирать больше пищи у растения через процесс эндоредупликации. Этот процесс позволяет клеткам листа увеличивать производство ДНК без деления, что повышает их метаболизм и размер.

«Грибок индуцирует эндоредупликацию в клетках растения под питающей структурой и получает доступ к большему количеству питательных веществ в листе», — объясняет Уайлдермут. Это, в свою очередь, стимулирует рост и размножение грибка. Исследования показали: если блокировать этот процесс усиления ДНК, рост грибка ограничивается.

Текущая работа, поддержанная стипендией Bakar, направлена на определение того, можно ли воздействовать на аналогичные гены у винограда, томатов и других культур, чтобы ограничить рост мучнистой росы. Штаммы сельскохозяйственных культур с пониженной активностью или отсутствием этих генов можно будет селективно выводить для подавления грибка.

Эндоредупликация — локализованный процесс. Хотя мучнистая роса индуцирует его для собственного роста, другие исследователи обнаружили, что он также является частью нормального развития некоторых плодов, например, томата. Это предполагает двойную стратегию:

• Подавление активности генов, контролирующих этот процесс в листьях, для защиты от грибка.
• Усиление их активности в плодах (например, томатах) для получения более крупных и сладких фруктов.

«Таким образом, новые гены, которые мы идентифицировали, могут выполнять двойную функцию, что делает их очень перспективной мишенью для помощи сельскому хозяйству Калифорнии», — заключает Уайлдермут.