Защита будущего производства продуктов питания через лучшее понимание генов устойчивости к болезням у сельскохозяйственных культур
Исследователи из Университета Хартфордшира предложили новое понимание того, как растения защищаются от некоторых патогенов, вызывающих болезни сельскохозяйственных культур. Это поможет ученым выводить новые, более успешные, устойчивые к болезням сорта. Новая концепция названа эффектор-запускаемой защитой (effector-triggered defence, ETD).
Выведение устойчивых к патогенам сортов сельскохозяйственных культур важно для обеспечения глобальной продовольственной безопасности. Однако, несмотря на усилия, болезни культур по-прежнему ответственны за 15% потерь мирового производства продовольствия. Эффективность фунгицидов ограничена, так как патогены мутируют, становясь нечувствительными к ним.
Новые молекулярные и генетические данные
Исследование, проведенное в сотрудничестве с Пьером де Витом из Вагенингенского университета (Нидерланды), дает лучшее понимание системы защиты растений от патогенов, которые растут в межклеточных пространствах растений. Это открывает новые возможности для повышения эффективности селекции на устойчивость.
Доктор Хенрик Штотц, ведущий исследователь: «Поскольку традиционные методы борьбы с болезнями становятся менее эффективными, возрастает необходимость выведения новых сортов с врожденной устойчивостью. Наше исследование расширяет традиционное понимание системы защиты растений и описывает новую концепцию — ETD, объясняющую, как растения защищаются от патогенов, растущих в апопласте (пространстве вне клеток)».
Системы защиты растений
Системы защиты растений состоят из взаимосвязанных уровней рецепторов, расположенных как снаружи, так и внутри клеток. Существующее понимание включает две формы защиты:
- Иммунитет, запускаемый паттернами (Pattern-triggered immunity, PTI) — первая линия обороны, активируемая при обнаружении молекул патогена на поверхности растения.
- Иммунитет, запускаемый эффекторами (Effector-triggered immunity, ETI) — вторая линия, основанная на обнаружении патогенов, которые проникают внутрь растительных клеток (например, возбудители ржавчины, фитофтороза). Активация специфических белков приводит к гибели зараженной клетки и патогена.
Доктор Штотц поясняет: «Концепция ETI не полностью объясняет вторую линию защиты против внеклеточных грибных патогенов — тех, что проникают в лист, но живут в межклеточном пространстве (апопласте), не заходя в клетки. К ним относятся, например, возбудители септориоза пшеницы, парши яблони, светлой пятнистости рапса.
Наше исследование показало, что защита против внеклеточных патогенов (ETD) задействует другие гены растений, отличные от тех, что участвуют в защите от внутриклеточных. Мы идентифицировали некоторые специфические гены устойчивости, кодирующие рецептор-подобные белки (RLP), и описали их работу. Поскольку эти внеклеточные патогены могут выживать и даже размножаться на устойчивых растениях-хозяевах, термин "иммунитет" слишком силен, и мы называем это "защитой"».
Новое понимание защиты растений
Профессор Брюс Фитт: «Это новое понимание защиты растений через ETD, предполагающее иной механизм работы специфических генов устойчивости, поможет нам быть успешнее в селекции новых устойчивых сортов. Это важно для глобальной продовольственной безопасности».
Статья "Effector-triggered defence against apoplastic fungal pathogens" опубликована в журнале Trends in Plant Science.