Учёные раскрыли механизм защиты от «рака хлопчатника»

Китай, крупнейший в мире производитель хлопка (6–8 млн тонн или 30% мирового производства ежегодно), сталкивается с проблемой увядания, вызываемого грибком Verticillium dahliae (V. dahliae). Это сосудистое заболевание, известное как «рак хлопчатника», не поддаётся контролю фунгицидами из-за долгосрочного выживания патогена в почве и его колонизации сосудов растений. Механизмы заражения и гены устойчивости к нему были мало изучены.

Группа китайских учёных под руководством профессора Го Хуэйшань из Института микробиологии Китайской академии наук обнаружила, что межцарственные малые РНК (sRNAs) можно использовать для защиты сельскохозяйственных культур от грибковых патогенов. Этот механизм, основанный на РНК-интерференции (RNAi), был успешно применён для защиты хлопчатника от V. dahliae. Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.

Работа началась в 2008 году после посещения Синьцзяна, где учёные увидели огромные площади заражённых полей. За восемь лет лабораторных и полевых исследований команда добилась значительных результатов:

• Обнаружено, что во время взаимодействия хлопчатника и V. dahliae существуют межцарственные sRNAs, некоторые из которых нацелены на гены вирулентности патогена.
• Установлено, что новый структура проникновения — гифоподий — помогает грибку «прорывать» клетки растения, что определяет успешность заражения.
• Важнейший вывод: сорта хлопчатника, экспрессирующие специфические sRNAs, проявляют устойчивость к увяданию.

С помощью секвенирования РНК и генома было доказано, что sRNAs хозяина естественным образом передаются в гифы грибка при заражении. Некоторые из этих переданных sRNAs нацелены на гены патогенности гриба и эффективно разрушают их транскрипты.

«Создание линий хлопчатника, стабильно экспрессирующих специфические sRNAs, было очень трудоёмким процессом, но в итоге мы их получили», — отметила Го Хуэйшань.

Испытания в лаборатории и в поле подтвердили успех. Хлопчатник, экспрессирующий sRNAs, показал на 22,25% более высокую устойчивость к заболеванию по сравнению с другими сортами на той же производственной базе. Новые линии устойчивы к увяданию даже в условиях разнообразной популяции грибка в поле.

Установленная система служит основой для поиска более эффективных мишеней в грибке и может стать руководством для борьбы с другими неконтролируемыми болезнями сельскохозяйственных культур.