Грибной механизм показывает, как мучнистая роса преодолевает защиту иммунитета пшеницы
Команда Цюрихского университета обнаружила новый механизм, позволяющий мучнистой росе обмануть иммунную систему пшеницы. Это открывает путь к целенаправленной разработке устойчивых сортов с меньшим риском преодоления резистентности.
Пшеница обеспечивает около 20% мирового потребления белков и калорий, но её производству угрожает гриб Blumeria graminis f. sp. tritici — возбудитель мучнистой росы.
Использование естественной устойчивости
Исследователи изучили, как гриб заражает пшеницу, несмотря на наличие генов устойчивости. Они обнаружили ранее неизвестное взаимодействие между факторами устойчивости в пшенице и факторами заболевания у мучнистой росы.
«Это более глубокое понимание позволяет более целенаправленно использовать гены устойчивости и предотвращать или замедлять её преодоление», — говорит постдок Зои Бернаскони, ведущий автор исследования в Nature Plants.
Гриб производит сотни мелких белков — эффекторов, которые он вводит в клетки растения-хозяина, чтобы помочь установить инфекцию. Белки устойчивости пшеницы могут распознавать некоторые из этих эффекторов, что запускает иммунный ответ. Однако гриб часто обходит это, модифицируя или теряя распознаваемые эффекторы.
Пшеница обманута грибом двумя способами
Команда идентифицировала новый эффектор мучнистой росы (AvrPm4), который распознаётся известным белком устойчивости пшеницы Pm4. Но, что удивительно, гриб способен преодолеть Pm4-опосредованную устойчивость, не изменяя и не теряя эффектор AvrPm4.
Его хитрый трюк заключается в наличии второго эффектора, который предотвращает распознавание AvrPm4. «Мы подозреваем, что функция AvrPm4 жизненно важна для выживания гриба, поэтому в ходе эволюции и развился этот необычный механизм», — говорит Бернаскони.
Особенно интересно, что второй эффектор имеет двойную функцию. Он не только предотвращает распознавание AvrPm4, но и сам распознаётся другим белком устойчивости.
«Это означает, что, комбинируя два белка устойчивости в одном сорте пшеницы, можно заманить гриб в эволюционный тупик, из которого он больше не сможет избежать иммунного ответа», — говорит постдок Лукас Кунц, другой ведущий автор.
Новые подходы к созданию устойчивых сортов пшеницы
«Поскольку мы теперь знаем эти механизмы и задействованные факторы патогенности гриба, мы можем более эффективно действовать, чтобы предотвратить преодоление устойчивости пшеницы», — говорит профессор Бит Келлер, руководивший группой.
Теперь можно целенаправленно использовать устойчивые сорта пшеницы там, где они окажут максимальное воздействие, или применять умную комбинацию генов устойчивости в новых сортах. «Теоретически такие меры могут значительно замедлить развитие новых патогенных штаммов гриба», — говорит Келлер.
Команда уже провела первые многообещающие лабораторные эксперименты, комбинируя гены устойчивости, которые отключают как эффектор AvrPm4, так и второй эффектор. Эффективность этого подхода в полевых условиях ещё предстоит проверить.