Поиск устойчивости к опасной ржавчине в диких предках пшеницы

Дикие и древние родственники пшеницы, такие как однозернянка (Triticum monococcum), полба (T. turgidum), козья трава (Aegilops tauschii) и гибрид тритикале (x Triticosecale), могут стать источником генов для спасения мирового урожая пшеницы от агрессивного грибка.

Угроза: Штамм стеблевой ржавчины Ug99 (Puccinia graminis), впервые обнаруженный в Уганде в 1999 году, угрожает до 90% мировой пшеницы. Патоген быстро эволюционирует, создавая новые расы, которые преодолевают устойчивость сортов.

Стратегия поиска: Учёные из Лаборатории исследований болезней зерновых культур USDA-ARS (Сент-Пол, Миннесота) Мэтт Раус и Юэ Джин ищут гены устойчивости в широком генетическом разнообразии диких родственников пшеницы. Цель — найти несколько генов для "накопления" (stacking) в коммерческих сортах, чтобы создать несколько генетических барьеров для патогена.

Клонирование первого гена устойчивости к Ug99

• В исследовании, опубликованном в Science в июне 2013 года, команда Рауса впервые клонировала ген устойчивости к Ug99 — Sr35 — из однозернянки.
• Учёные секвенировали участки генома, "выключили" целевые последовательности у мутантных растений (что сделало их восприимчивыми) и вставили их в восприимчивые растения (что дало устойчивость).
• Ген Sr35 обеспечивает почти полный иммунитет к Ug99. Для долговременной защиты его планируют комбинировать с другими генами, например, Sr33 из козьей травы, который даёт более широкую устойчивость к другим расам ржавчины.

Скрининг других видов

Джин и его коллеги из Университета Миннесоты проверяли другие виды на устойчивость в теплице, а затем отправляли устойчивые растения на полевые испытания в Африку.

• Тритикале (567 образцов из 21 страны): Устойчивость, как правило, контролируется одиночными генами. Рожь, один из родителей тритикале, почти невосприимчива к Ug99, что делает гибрид "мостом" для переноса генов в пшеницу. Результаты опубликованы в Plant Disease (апрель 2013).
• Полба (359 образцов): Аналогично, устойчивость часто определяется единичными генами (Crop Science, сентябрь 2012).
• Козья трава (456 образцов): Устойчивость оказалась расоспецифичной. Только 12 образцов были устойчивы и к Ug99, и к другим расам стеблевой ржавчины (Crop Science, сентябрь 2011).

Цель исследователей — изучить максимально разнообразный генетический пул, чтобы обеспечить селекционеров инструментами для борьбы с постоянно меняющимся патогеном.