Устойчивость сорго к стриге: два ключевых гена борются с паразитами урожая
Китайские ученые идентифицировали два ключевых гена, ответственных за устойчивость сорго к стриге (Striga) — паразитическому растению, наносящему значительный ущерб урожаям. Прорывное исследование, также подчеркивающее потенциал ИИ для прогнозирования ключевых аминокислотных сайтов в транспортерах стриголактонов (SL), может иметь широкое применение для повышения устойчивости к паразитическим растениям у различных культур.
Исследование, опубликованное в журнале Cell, было проведено командой профессора Се Ци из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук в сотрудничестве с пятью другими институтами.
Стрига, также известная как "ведьмины сорняки", наряду с другими паразитическими растениями, такими как заразиха (Orobanche), зависит от растений-хозяев в получении питательных веществ и воды, серьезно влияя на урожайность и сельскохозяйственные экосистемы. Только стрига поражает более 50 миллионов гектаров сельхозугодий в Африке, вызывая ежегодные экономические потери в $1,5 млрд и затрагивая более 300 миллионов человек.
В Китае стрига встречается в таких регионах, как Гуандун и Юньнань, в то время как заразиха угрожает культурам вроде подсолнечника и томатов во Внутренней Монголии и Синьцзяне.
Сорго — одна из культур, восприимчивых к заражению стригой. Корни сорго выделяют стриголактоны (SL) — класс растительных гормонов, которые помогают привлекать микоризные грибы для усвоения питательных веществ. К сожалению, семена стриги, находящиеся в состоянии покоя в почве, обнаруживают эти SL-сигналы, которые запускают прорастание стриги и последующее заражение растения-хозяина.
В этом исследовании ученые проанализировали данные транскриптома корней сорго отдельно в условиях дефицита фосфора и обработки стриголактонами (SL).
Были идентифицированы два гена транспортеров SL из семейства ABCG: Sorghum bicolor SL transporter 1 (SbSLT1) и Sorghum bicolor SL transporter 2 (SbSLT2). Установлено, что белки SbSLT1 и SbSLT2 контролируют отток SL, а нокаут ассоциированных генов ингибирует секрецию SL. В этих условиях стрига не может прорасти и заразить хозяина.
Прогнозы на основе ИИ дополнительно выявили консервативный остаток фенилаланина, критически важный для транспорта SL. Этот остаток обнаружен не только в сорго, но и в транспортерах SL других однодольных культур, таких как кукуруза, рис и просо, а также двудольных культур, таких как подсолнечник и томаты, что указывает на консервативный механизм у разных видов.
Молекулярно-биологические и клеточно-биологические эксперименты демонстрируют ключевую функцию этого остатка.
Полевые испытания, проведенные в районах, подверженных стриге, показали, что сорго с нокаутированными генами SbSLT1 и SbSLT2 демонстрировало на 67–94% более низкий уровень заражения и на 49–52% меньше потерь урожая. Эти результаты предлагают ценные генетические ресурсы и техническую поддержку для селекции устойчивых к стриге сортов сорго.
Исследователи подчеркивают, что открытие SbSLT1 и SbSLT2 может предоставить решающие инструменты для борьбы с паразитическими растениями, потенциально решая проблемы продовольственной безопасности в странах, серьезно пострадавших от паразитических растений, особенно африканских и азиатских, тем самым способствуя региональному миру и стабильности.
Будущие исследования будут сосредоточены на валидации этих генов в таких культурах, как кукуруза, томат и просо, с целью продвижения коммерциализации культур, устойчивых к стриге.