Новая технология поиска генов приближает создание устойчивой суперпшеницы

Ученые из Центра Джона Иннеса (JIC) и Лаборатории Сэйнсбери (TSL) разработали новую технологию обнаружения генов, которая может привести к созданию нового элитного сорта пшеницы с устойчивой резистентностью к болезням.

Доктор Бранде Вульф из JIC совместно с коллегами из TSL разработал технологию под названием MutRenSeq. Она точно определяет местоположение генов устойчивости к болезням в больших геномах растений и сократила время клонирования этих генов в пшенице с 5–10 лет до всего двух.

Эффективное использование этих генов устойчивости может увеличить мировую урожайность и значительно сократить потребность в агрохимикатах.

• Ген устойчивости действует как простой замок, не позволяющий патогену заразить растение. Со временем патогены могут адаптироваться и преодолеть отдельный ген.
• «Стек» (набор) из нескольких генов действует как многозапорный замок, что делает уклонение от защитных механизмов культуры для новых патогенов гораздо более сложным.

Как работает MutRenSeq?

Этот метод быстрого выделения генов устойчивости состоит из трех этапов:

1. Создание мутантов из устойчивых диких растений пшеницы и выявление тех, у которых устойчивость утрачена.
2. Секвенирование геномов как устойчивых диких растений, так и растений, утративших устойчивость.
3. Сравнение генов у мутантов и диких типов для точного определения мутаций, ответственных за потеру устойчивости.

В сотрудничестве с учеными из CSIRO (Австралия) команда использовала химический мутаген EMS. Сравнивая последовательности нескольких мутантов, потерявших устойчивость, ученые могли найти единственный общий для них ген — ген устойчивости.

«С помощью MutRenSeq мы можем найти иголку в стоге сена: мы можем снизить сложность поиска генов устойчивости, сузив область поиска со 124 000 генов до всего одного кандидата», — сказал доктор Вульф.

Успехи технологии

• В первом тесте технология успешно и быстро изолировала известный ген устойчивости Sr33.
• Затем были клонированы два важных гена устойчивости к стеблевой ржавчине — Sr22 и Sr45, — которые ранее изолировать не удавалось.

Контекст и значимость

• Пшеница, по данным ФАО ООН, занимает самую большую площадь посевов среди коммерческих культур (около 240 млн га) и является важнейшим источником зерна.
• 31 страна, на которую приходится более 37% мировых посевных площадей пшеницы, находится в зоне риска заболеваний ржавчиной (например, раса Ug99 стеблевой ржавчины и штамм Yr27 желтой ржавчины).
• Альтернативой пестицидам, доступ к которым ограничен, является встраивание устойчивости в культуру через гены из других сортов.

«Хотя следующий этап — правильное объединение большого числа генов в сложном геноме пшеницы — непрост и займет время, появление этой новой технологии обнаружения генов значительно приблизило создание одного или нескольких новых элитных сортов пшеницы с долгожданной устойчивой резистентностью к болезням», — отметил доктор Вульф.

Исследование будет опубликовано в журнале Nature Biotechnology 25 апреля 2016 года вместе с двумя другими работами, посвященными поиску генов устойчивости к ржавчине сои и фитофторозу картофеля.