Новые линии риса для Африки с защитой от вируса

Вирус желтой крапчатости риса (Rice yellow mottle virus, RYMV) вызывает высокие потери урожая в Африке, особенно у мелких фермеров. Исследовательская группа создала линии риса, устойчивые к этому заболеванию, с помощью редактирования генома.

Разработка этих сортов, описанная в Plant Biotechnology Journal, является предварительным шагом к созданию устойчивых, адаптированных к местным условиям элитных сортов для мелких производителей в Африке.

RYMV — это РНК-вирус, распространяемый жуками и при прямом контакте листьев. В Африке, где большинство производителей обрабатывают участки едва ли больше гектара, от 10 до 100% урожая риса регулярно теряется из-за этого вируса, что создает угрозу для жизни беднейших фермеров.

Эффективной защиты от вируса не существует. «Единственная реальная защита — это создание сортов риса, обладающих геном устойчивости к RYMV, что сделает растение невосприимчивым», — говорит ведущий автор исследования д-р Югандер Арра.

Исследовательская группа из Института молекулярной физиологии Университета Генриха Гейне (руководитель — проф. д-р Вольф Б. Фроммер) и Института исследований в целях развития (IRD) в Монпелье (Франция) разработала такие устойчивые линии.

В настоящее время известны три гена устойчивости; для достижения резистентности достаточно мутаций всего в одном гене: RYMV1, 2 или 3. Устойчивая форма rymv2 встречается у низкоурожайных африканских сортов риса (Oryza glaberrima). Ген RYMV2, также известный как CPR5.1, кодирует важный белок пор ядерной оболочки.

У модельного растения Arabidopsis thaliana потеря единственной копии гена CPR5 приводит к широкому спектру устойчивости к вирусам, бактериям и грибкам, но рост сильно ограничен, растения проявляют спонтанные повреждения тканей и дают низкий урожай. Поэтому было важно проверить, можно ли перенести устойчивость rymv2 на другие сорта риса без негативных последствий.

В Африке в основном используются высокоурожайные сорта риса на основе азиатского вида Oryza indica, которые не имеют гена устойчивости. Вставка соответствующего гена — неперспективный подход, так как потомство таких межвидовых гибридов обладает высокой стерильностью и не может легко размножаться и передавать устойчивость.

Используя метод редактирования генома CRISPR/Cas, исследовательская группа показала, что в азиатском сорте риса можно создать мутации гена RYMV2, которые делают его устойчивым к вирусу аналогично африканской форме. Следующим шагом станет аналогичное редактирование соответствующих африканских элитных сортов, чтобы сделать их доступными для мелких производителей. Помощь этим фермерам — цель международного исследовательского консорциума «Healthy Crops», который возглавляет Университет Генриха Гейне.

У растений есть наследственные механизмы, которые были полезны для выживания на ранних этапах эволюции, но сейчас скорее вредны. Яркий пример — кукуруза: один ген приводит к абортированию зерен при засухе во время оплодотворения. Этот признак был полезен для диких многолетних предков, но губительно сказывается на урожайности современных однолетних сельскохозяйственных растений.

Аналогичная ситуация с исследуемым рисом. Профессор Фроммер поясняет: «Эта устойчивость обусловлена потерей функции гена, которая не является существенной. Если мы полностью выключим ген, растения ведут себя нормально. Однако в результате потери функции гена они становятся устойчивыми к вирусу».

Д-р Элиза Лу, руководитель группы Healthy Crops, добавляет: «Это, так сказать, архетип, который был полезен предкам, но теперь приводит к devastating потерям урожая в засушливые периоды. Целесообразно отключить этот ген, и у этого нет очевидных побочных эффектов».

Удивительно, но ни отключение тесно связанного гена CPR5.2, ни отключение обоих генов RYMV2 и CPR5.2 — по крайней мере в условиях теплицы — не приводит к нарушениям. Также примечательно, что потеря CPR5.2 не приводит к устойчивости к RYMV. Все указывает на то, что редактирование гена RYMV2 является перспективным подходом для борьбы с болезнью риса в Африке.