Две пары генов обеспечивают устойчивость пшеницы к болезням, открывая путь для селекции
Исследовательская группа идентифицировала два новых генетических механизма устойчивости пшеницы к болезням, предлагая перспективные стратегии для повышения устойчивости к мучнистой росе и бурой ржавчине. Открытия были опубликованы в двух последовательных статьях в Nature Genetics.
Исследования под руководством профессора Лю Чжиюна из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук показали, что локусы устойчивости к мучнистой росе MlIW170 (также известный как Pm26) и к бурой ржавчине YrTD121 — оба получены от дикой двузернянки (Triticum dicoccoides) — контролируются не одиночными генами, а парами генов, кодирующими иммунные рецепторы типа NLR (nucleotide-binding leucine-rich repeat).
Эти пары генов представляют собой атипичную архитектуру в иммунитете растений и дают новое представление об эволюции и функции механизмов устойчивости у сельскохозяйственных культур.
Устойчивость к мучнистой росе (Pm26)
- С помощью позиционного клонирования и длинночтений PacBio HiFi идентифицирована генетически сцепленная пара генов NLR: TdCNL1 и TdCNL5.
- TdCNL1 кодирует белок NLR с новой интегрированной калий-зависимой доменной структурой (NCKX).
- TdCNL5 кодирует канонический CNL (coiled-coil NLR).
- Функциональные тесты подтвердили, что оба гена необходимы для устойчивости. Однако трансгенные линии пшеницы, экспрессирующие оба гена или только TdCNL1, были устойчивы, тогда как линии только с TdCNL5 оставались восприимчивыми.
Устойчивость к бурой ржавчине (YrTD121)
- Идентифицирована пара генов TdNLR1 и TdNLR2, расположенных "голова к голове".
- TdNLR1 кодирует канонический белок NLR.
- TdNLR2 лишён типичного coiled-coil домена.
- Оба гена оказались незаменимы для устойчивости (подтверждено мутагенезом, сайленсингом, CRISPR-редактированием и трансгенными экспериментами).
- Ни один из генов не содержит интегрированных доменов для распознавания эффекторов, что указывает на новую, ранее не описанную конфигурацию NLR. Coiled-coil домен TdNLR1 способен к самоассоциации и запуску гибели клеток in planta — признак иммунной активации.
Локусы MlIW170/Pm26 и YrTD121 из дикой двузернянки обнаружены лишь в немногих её популяциях и не были задействованы в доместикации или эволюции мягкой пшеницы.
Исследователи уже создали высокоурожайные, устойчивые к болезням линии, несущие эти локусы, путём скрещивания дикой двузернянки с высокоурожайными сортами мягкой пшеницы и последующего возвратного скрещивания с маркер-опосредованным отбором.
Эти открытия предоставляют ценные генетические ресурсы и теоретическую основу для селекции сортов пшеницы с широким спектром и множественной устойчивостью к болезням.