Формирование второй линии защиты растений — захват ДНК, обеспечивающей устойчивость к болезням

Метод RenSeq (от Resistance gene enrichment sequencing) используется для секвенирования генов устойчивости (R-генов), которые обеспечивают растениям защиту от болезней.

Каждое растение обычно содержит сотни потенциальных последовательностей R-генов, кодирующих белки NB-LRR. Эти гены часто входят в семейства близкородственных последовательностей.

Семейство генов NB-LRR позволяет растениям противостоять инфекциям и формирует вторую линию обороны. После того как патоген проникает в растение, он использует молекулы-«эффекторы» для ослабления защиты. Белки R-генов распознают эти молекулы и подают сигнал растению активировать защитные реакции, убивая клетки вокруг места заражения, чтобы остановить его распространение.

Постоянная эволюционная «гонка вооружений» между растениями и патогенами приводит к появлению огромного разнообразия R-генов, которые очень похожи по структуре и последовательности ДНК, что затрудняет поиск конкретного гена, отвечающего за устойчивость.

Исследователи из Earlham Institute (EI), The Sainsbury Laboratory (TSL) и James Hutton Institute нашли новый способ расшифровки этих обширных участков ДНК для обнаружения и аннотирования генов устойчивости.

Используя технологию PacBio, которая может считывать длинные участки ДНК целиком, вместе с оптимизированным рабочим процессом RenSeq, учёные могут нацеливаться не только на сами R-гены, но и на важные регуляторные области ДНК — промоторы и терминаторы, которые сигнализируют, когда начинать и заканчивать производство белка.

Доктор Мэтт Кларк, ведущий автор исследования: «Дикие родственники культурных растений содержат огромный репертуар новых генов, которые можно использовать для выведения более устойчивых сортов, требующих меньше пестицидов. Типичные методы секвенирования, например, на платформе Illumina HiSeq, используют короткие прочтения, которые часто слишком коротки, чтобы различить похожие гены. RenSeq позволяет реконструировать всю область ДНки даже при наличии множества похожих генов. Это означает, что мы можем идентифицировать точный ген, обеспечивающий устойчивость к определённой инфекции».

Профессор Джонатан Джонс, соавтор: «Это улучшение метода RenSeq значительно облегчит создание надёжных каталогов R-генов у множества видов растений, помогая нам клонировать дополнительные гены для защиты наших культур».

Доктор Инго Хайн, соавтор: «Способность захватывать и секвенировать длинные фрагменты геномной ДНК, содержащие полноразмерные R-гены, позволяет быстро идентифицировать новые функциональные гены устойчивости из диких видов. Эти гены могут значительно снизить зависимость от пестицидов».

Исследование опубликовано в журнале BioTechniques.