Новини
Іржа пшениці викинула непотрібні гени і стала суперзаразною
Навчання
Стеблева іржа (небезпечний патоген пшениці) в деяких випадках стає більш заразною за рахунок «викидання» генів, які кодують маркери, розпізнавані імунною системою рослини. Такого висновку дійшли автори відразу двох статей, опублікованих у.
Стеблева іржа пшениці відома фермерам з часів античності. Про значущість цього захворювання для врожаю злаків говорить той факт, що в Стародавньому Римі навіть існувало свято під назвою робігалії, під час якого жерці молилися про збереження пшениці від іржі і здійснювали жертвопринесення. Ще на початку XX століття стеблева іржа знищувала п'яту частину врожаю пшениці в США.
Це захворювання викликається патогенним грибом, який вражає багато видів злаків. Утворення специфічних спороносних структур на стеблях призводить до полегання рослин. З середини XX століття селекціонери займаються виведенням сортів пшениці, стійких до іржі, проте збудник відрізняється високою мінливістю і поступово вчиться заражати і ці сорти. Наприклад, у 1999 році на території Уганди був ідентифікований високовірулентний штам гриба, який був здатний викликати загибель до 100 відсотків врожаю. Штам, який швидко поширився територією Африки, отримав назву Ug99. Наразі до нього стійкі лише 10 відсотків світових угідь пшениці.
Захист від іржі пшениці забезпечують рецептори до поверхневих білкових маркерів гриба, які кодуються генами Sr (від stem rust resistance). Таких генів відомо близько 50. У відповідь на розпізнавання маркера в рослинах запускається реакція, аналогічна імунній відповіді тварин, яка призводить до знищення патогена. Дослідники з університету Сіднея (Австралія) та університету Канзасу (США) з "ясували, як штами гриба уникають розпізнавання і заражають рослини.
Обидва дослідження, опубліковані в, присвячені дослідженню молекулярного механізму вірулентності суперзаразних штамів іржі. Раніше вчені встановили, що рецептори Sr35 та Sr50 пшениці забезпечують стійкість до всіх відомих природних різновидів іржі, включаючи Ug99. Однак в лабораторних умовах вдалося отримати мутантні гриби, які виявилися здатні заражати і ці рослини. Для того щоб ідентифікувати білки, які служать маркерами для рецепторів пшениці, вчені прочитали послідовність ДНК мутантних грибів і порівняли її з ДНК попередників.
В обох випадках вдалося встановити, що рецептори Sr35 і Sr50 розпізнають секретовані назовні грибом білки AvrSr35 і AvrSr50. Виявилося, що стійкість мутантних штамів до імунітету пшениці обумовлена втратою функціональності цими генами. У випадку з AvrSr50 ген був просто викинутий з геному в результаті випадкової хромосомної перебудови. У мутанті по AvrSr35 в послідовність гена вбудувався мобільний елемент, що призвело до поломки гена.
Таким чином, дослідники з'ясували, що в якості однієї зі стратегій, що забезпечують його вірулентність, збудник іржі використовує широкий репертуар маркерів, який дозволяє безболісно позбавлятися від деяких з них, щоб забезпечити стійкість до імунітету рослин.
Ми розповідали, що цього року дослідники вперше зібрали повний геном дикого предка сільськогосподарської пшениці. Порівняння геномів різних сортів сільськогосподарських культур, отриманих традиційною селекцією, дозволяє виявити найбільш значущі локуси, в області яких вже можна ввести спрямовані модифікації.