Учёные нашли генетический механизм восприимчивости винограда к мучнистой росе
Исследователи из Университета Миссури (MU) обнаружили специфический ген у винограда сорта Каберне Совиньон (Vitis vinifera), который способствует его восприимчивости к широко распространённому заболеванию растений — мучнистой росе. Для изучения биологической роли гена учёные использовали неоплодотворённые яйцеклетки лягушки.
Исследование, финансируемое грантами Национального института продовольствия и сельского хозяйства USDA, возглавлял Уолтер Гассманн, сотрудник Центра наук о жизни Бонда и профессор MU.
Механизм заражения
Исследование выявило связь между нитратными транспортерами и восприимчивостью через генетический процесс, происходящий в винограде, заражённом мучнистой росой.
- У заражённого растения наблюдается повышенная экспрессия гена, кодирующего нитратный транспортер — белок, который регулирует поступление нитратов в клетку растения.
- Патоген, привлечённый к этому сорту винограда, обманом заставляет растение поставлять питательные вещества, позволяя милдью расти и опустошать его.
- Листья, которые должны стать «источником» питательных веществ для новых побегов, превращаются в «сток» для патогена. Нитраты, которые должны были идти к новым листьям, вместо этого направляются к грибку.
Мучнистая роса поражает листья, стебли и ягоды винограда и приводит к значительным потерям урожая у Vitis vinifera, который культивируется для большинства коммерческих сортов вина.
Подтверждение гипотезы
Чтобы найти причину уязвимости, команда Гассманна изучила гены, активируемые патогеном, и сосредоточилась на транспортерах нитратов. Предыдущие исследования показывали, что чрезмерное удобрение нитратами увеличивает тяжесть заболевания мучнистой росой у многих сельскохозяйственных растений.
Для проверки функции предполагаемого нитратного транспортера из винограда учёные использовали ооциты (неоплодотворённые яйцеклетки) лягушки. Эта система действует как «инкубатор» для производства белка.
- В ооцит вводили матричную РНК (mRNA), несущую информацию исследуемого гена винограда.
- Клетка начинала производить соответствующий белок.
- Эксперимент подтвердил, что выделенный ген действительно кодирует нитратный транспортер.
Этот ген оказался первым охарактеризованным представителем новой ветви семейства нитратных транспортеров, даже у модельного растения Arabidopsis thaliana.
Значение исследования
- Вклад в науку: Работа填补了 пробелы в геноме винограда, который изучен на молекулярном уровне гораздо меньше, чем другие растения. Она предоставляет обоснованную гипотезу о том, почему Каберне Совиньон восприимчив к патогену.
- Перспектива для селекции: Поскольку устойчивость иногда определяется одним геном, это открытие открывает двери для обсуждения генетической модификации сортов винограда.
- Преимущество ГМО: Теоретически, виноград можно модифицировать для предотвращения восприимчивости, сохранив при этом характер вина — это преимущество перед длительным традиционным скрещиванием, которое может ухудшить вкус и свойства.
«Пока люди не готовы обсуждать генетическую модификацию, единственный способ спасти виноградники — это много опрыскивать», — отметил Гассманн.
Исследование было принято к публикации в журнале Plant Cell Physiology в ноябре 2013 года.