Ученые раскрыли новые механизмы устойчивости к ржавчине пшеницы

Исследователи клонировали гены устойчивости к ржавчине пшеницы Lr9 и Sr43 и определили, что они кодируют необычные белки слияния киназ. Их исследование откроет новые возможности для решения проблемы устойчивости к болезням у мягкой пшеницы.

Каждый год около 20% мирового производства пшеницы теряется из-за вредителей и болезней, что эквивалентно 3 судам с зерном. Выведение устойчивых сортов – один из самых экономичных и экологичных способов решения данной проблемы.

Дикие родственники пшеницы, по мнению ученых, являются идеальным «резервуаром» в части генетического разнообразия для улучшения сельскохозяйственных культур. В частности, ген устойчивости Lr9 к листовой ржавчине был первоначально идентифицирован у козлятника дикого (Aegilops umbellulata). В новаторском эксперименте, проведенном в 1950-х годах, ученым удалось перенести микроскопический сегмент хромосомы Aegilops, содержащей ген Lr9, в мягкую пшеницу, тем самым продемонстрировав возможность скрещивания небольших сегментов хромосом, взятых от дальних диких родственников культурных растений.

Две команды ученых клонировали гены Lr9 и Sr43, создавая мутантов и сравнивая их последовательность с родительскими геномами. Специалисты смогли вывести последовательность клонирования, в ходе которой исключалось бы внедрение «ненужных» генов в процессе создания новых линий мягкой пшеницы. Не менее важным оказался и тот факт, что исследователям удалось смоделировать возможность объединения изучаемых генов с другими, в частности, с геном устойчивости к ржавчине, получив в итоге линии с превосходной и более долговечной устойчивостью.

Для клонирования специалисты разработали абсолютно новую методику MutIsoSeq, основанную на секвенировании мРНК, а не геномной ДНК. Методика позволяет секвентировать сразу несколько мРНК из родительских линий дикого типа и мутантных растений с целью идентификации генов-«кандидатов». По заявлению ученых, данная технология намного дешевле своих аналогов и позволяет фактически в экспресс-режиме выявлять необходимые гены.

Клонирование Lr9 и Sr43 также показало, что гены «кодируют» необычные белки слияния киназ. В частности, киназы пшеницы относительно недавно стали «новым игроком», участвующим в устойчивости пшеницы и ячменя к болезням.

Также в ходе исследования ученые выяснили, что ген Sr43 чувствителен к высоким температурам – его механизм действия значительно снижается в период аномальной жары. Задача специалистов – расшифровать молекулярный механизм температурной чувствительности для последующей разработки сортов пшеницы, устойчивых к изменению климата.