Клонированы гены устойчивости пшеницы к ржавчине Lr9 и Sr43
Исследователи клонировали гены устойчивости пшеницы к ржавчине Lr9 и Sr43 и установили, что они кодируют необычные белки-слияния киназ. Работа, опубликованная в Nature Genetics, открывает новые возможности для борьбы с болезнями хлебной пшеницы.
Ежегодно около 20% мирового производства пшеницы теряется из-за вредителей и болезней. Дикие родственники пшеницы служат резервуаром генетического разнообразия для улучшения культуры. Например, ген устойчивости к бурой ржавчине листьев Lr9 был первоначально обнаружен у дикого козлятника (Aegilops umbellulata). В 1950-х годах доктор Эрнест Сирс успешно перенёс крошечный сегмент хромосомы Aegilops, несущий Lr9, в хлебную пшеницу.
Почти 40% генов устойчивости, обнаруженных сегодня в хлебной пшенице, были перенесены из диких родственников за последние 60 лет. Однако такая селекция может приводить к "тяжести сцепления" — переносу неблагоприятных версий других генов от дикого родственника.
Исследователь KAUST Яцзюнь Ван использовал длинночтение для секвенирования геномов сорта пшеницы, содержащего Lr9, и Ae. umbellulata. Сравнение показало, что Lr9 был внедрён в пшеницу вместе примерно с 536 другими генами от Aegilops umbellulata. Кроме того, процесс привёл к удалению небольшого фрагмента генома пшеницы, содержащего 87 генов.
Аналогично Lr9, ген устойчивости к стеблевой ржавчине Sr43 происходит от дикого пырея высокого (Thinopyrum elongatum).
Две группы под руководством Саймона Краттингера и Бранде Вулффа клонировали Lr9 и Sr43 соответственно, генерируя мутантов и сравнивая их последовательность с родительскими геномами.
Для клонирования Lr9 Ван разработал новый метод MutIsoSeq, основанный на секвенировании mRNA, а не геномной ДНК. По сравнению с другими методами клонирования генов, основанными на секвенировании ДНК, MutIsoSeq позволяет дешевле и быстрее клонировать причинные гены без утомительного генетического картирования.
Клонирование Lr9 и Sr43 также показало, что гены кодируют необычные белки-слияния киназ. Киназы недавно стали важным новым игроком, участвующим в устойчивости к болезням у пшеницы и ячменя.
"Киназа — это распространённый фермент, играющий важную роль во многих клеточных процессах как у растений, так и у животных, включая иммунитет", — говорит Краттингер.
"Наша работа предполагает, что слияние этих белков с киназами может позволить растению-хозяину легче обнаруживать присутствие патогенов и запускать защитные реакции", — добавляет он.
Особенностью гена Sr43 является то, что он не обеспечивает хорошую устойчивость при повышенных температурах.
"Клонировав Sr43, мы теперь можем начать распутывать молекулярный механизм его температурной чувствительности. Это может позволить нам создать термостойкую версию, которая будет лучше адаптирована к изменению климата", — говорит Вулфф.