Грибковая устойчивость пшеницы: Сохранение биоразнообразия для продовольственной безопасности
Пшеничное производство находится под угрозой из-за опасного грибкового заболевания — желтой ржавчины. Исследователи из Цюрихского университета обнаружили в традиционных азиатских сортах пшеницы несколько генов, обеспечивающих устойчивость. В будущем они могут стать долговечным источником устойчивости к желтой ржавчине для коммерческих сортов, что подчеркивает важность генетического разнообразия для продовольственной безопасности.
Желтая, или линейная, ржавчина вызывается грибковым патогеном Puccinia striiformis f. sp. tritici. Болезнь поражает около 88% мирового производства пшеницы и является одной из самых серьезных угуроз для урожайности. Поэтому необходимы новые стратегии борьбы с грибком.
Международная команда под руководством исследователей из Цюрихского университета обнаружила в традиционных азиатских сортах пшеницы два геномных региона, которые обеспечивают устойчивость к болезни.
"Если такие гены удастся перенести в коммерческие сорта пшеницы, они могут сыграть важную роль в борьбе с желтой ржавчиной", — говорит Кентаро Шимизу, профессор кафедры эволюционной биологии и наук об окружающей среде UZH.
Исследование опубликовано в журнале Theoretical and Applied Genetics.
Генетическое разнообразие местных сортов пшеницы
Десятилетия целенаправленной селекции пшеницы были сосредоточены на создании высокоурожайных сортов. Хотя эти современные сорта помогли накормить мир, их ограниченное генетическое разнообразие привело к повышенной уязвимости к таким угрозам, как вредители, болезни и экстремальный климат.
В отличие от современных сортов, традиционные сорта пшеницы сохранялись местными фермерами в разных регионах мира и поэтому в меньшей степени пострадали от потери генетического разнообразия. Особенно перспективными казались традиционные сорта из Азии, поскольку они оставались малоизученными, будучи потенциальным резервуаром генетического разнообразия с более высокой устойчивостью к болезням.
Во время своей докторской диссертации в команде Шимизу Катарина Юнг исследовала устойчивость пшеницы к желтой ржавчине в сотрудничестве с Международным центром улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT) в Мексике и Университетом Киото в Японии. Юнг провела скрининг как традиционных, так и современных сортов из Японии, Китая, Непала и Пакистана.
Сначала она выявила устойчивые к желтой ржавчине растения пшеницы в крупных полевых экспериментах в Реккенхольце (Швейцария) и в CIMMYT (Мексика). Затем она определила геномные регионы, которые вносят вклад в устойчивость к желтой ржавчине — так называемые локусы количественных признаков.
Целенаправленный поиск новых источников устойчивости к желтой ржавчине
Юнг обнаружила два потенциально новых геномных региона, связанных с устойчивостью к желтой ржавчине: один специфичен для традиционного сорта из Непала, а другой более широко распространен среди традиционных сортов из Непала, Пакистана и Китая в районе южных Гималаев.
"Интересно, что район южных Гималаев считается местом происхождения самого патогена желтой ржавчины. Вместе с нашими выводами это позволяет предположить, что традиционные сорта из этого района могут обладать уникальной и стабильной устойчивостью к желтой ржавчине", — говорит Юнг.
Более целенаправленный поиск новых источников устойчивости к желтой ржавчине в этом районе потенциально может обеспечить долгосрочную защиту от широкого спектра штаммов патогена.
Сохранение местных сортов и методов земледелия
Новые результаты подчеркивают важность сохранения генетического разнообразия и традиционных сортов пшеницы для борьбы с болезнями и другими угрозами. Фермеры культивировали и сохраняли эти традиционные сорта в разных частях мира на протяжении поколений, что представляет большую ценность для будущей продовольственной безопасности.
"Традиционные сорта необходимо сохранять как в генбанках, так и на полях фермеров, прежде чем они будут утеряны навсегда. Их использование и распределение выгод должно осуществляться в тесном сотрудничестве с местными сообществами, поскольку их знания и практика проложили путь к тому генетическому разнообразию, которое мы наблюдаем сегодня", — говорит Юнг.
Сорта пшеницы, предоставленные Университетом Киото, были необходимы для этого проекта. "Я не могу достаточно подчеркнуть, насколько ценным является такое сотрудничество для научного прогресса", — говорит Шимизу.