Дослідники клонували гени стійкості пшениці до стеблової іржі

24 травня 2023, 16:40

Фото: phys.org, Anastasia Serin

Дослідники клонували гени стійкості пшениці до стеблової іржі Lr9 і Sr43 і виявили, що вони кодують незвичайні злиті білки кінази. Дослідження запропонує нові варіанти підвищення стійкості пшениці до хвороб.

Про це повідомляє phys.org.

Зазначається, що дикі родичі пшениці забезпечують резервуар генетичного різноманіття для поліпшення врожаю. Наприклад, ген стійкості до листкової іржі Lr9 спочатку був ідентифікований у дикого родича пшениці Aegilops umbellulata. У ході експерименту, проведеного в 1950-х роках, доктору Ернесту Сірсу вдалося перенести сегмент хромосоми з геном Lr9 у пшеницю, продемонструвавши, що можна стабільно схрещувати невеликі сегменти хромосом від далеких диких родичів.

Більше того, майже 40% генів стійкості, виявлених сьогодні у сучасної пшениці, були отримані в результаті схрещення з дикими родичами протягом останніх 60 років. Сорти пшениці, що містять Lr9, були створені наприкінці 1960-х років, і цей ген все ще ефективний у багатьох районах вирощування культури. Недоліком такої селекції є те, що разом з геном стійкості у культурну пшеницю були впроваджені інші зчеплені гени від дикого родича.

Дослідник KAUST Яджун Ван використовував довго зчитуване секвенування для виділення геномів у пшениці, що містить Lr9, і у Ae. umbellulata.

«Ми виявили, що ген Lr9 був введений у пшеницю разом із приблизно 536 іншими генами виду Aegilops umbellulata. Крім того, цей процес призвів до видалення невеликого фрагмента геному пшениці, що містить 87 генів», — говорить Ван.

Подібно до Lr9, інший ген стійкості до стеблової іржі Sr43 походить від дикого пирію Thinopyrum elongatum.

Дві групи вчених під керівництвом Саймона Краттінгера та Бранде Вульфа клонували гени Lr9 та Sr43 відповідно, створивши мутанти, та порівнявши їх послідовність із геномами батьків. Ці клоновані гени можна використовувати для створення ліній м’якої пшениці без інтродукції інших зчеплених генів. Що ще важливіше, гени можна об’єднати з іншими клонованими генами стійкості до іржі в мультигенні стеки — для створення ліній з тривалою стійкістю.

Читайте також: Підвищення врожайності і посухостійкості: новий ген карликовості пшениці вирішить недоліки гена Зеленої революції

Щоб клонувати Lr9, Ван розробив метод MutIsoSeq, заснований на секвенуванні мРНК, а не геномної ДНК. Він поєднує секвенування мРНК з довгим зчитуванням із батьківських ліній дикого типу та секвенування мРНК із коротким зчитуванням мутантних рослин для ідентифікації генів-кандидатів. У порівнянні з іншими методами клонування генів, заснованими на секвенуванні ДНК, MutIsoSeq дозволяє дешевше та швидше клонувати причинні гени без виснажливого генетичного картування, і цей метод можна легко застосувати в будь-якій базовій лабораторії молекулярної біології.

Клонування Lr9 і Sr43 також показало, що гени кодують незвичайні злиті білки кінази.

«Кіназа — це поширений фермент, який відіграє важливу роль у багатьох клітинних процесах як у рослин, так і у тварин, у тому числі в імунітеті. Патогени виділяють білки, які саботують процеси господаря, руйнуючи господаря та спричиняючи захворювання. Ми припускаємо, що злиття цих білків із кіназами може дозволити господарю легше виявляти присутність патогенів і запускати захисні реакції», — каже Краттінгер.

Крім того, клонування гена Sr43 у перспективі дозволить розгадати молекулярний механізм його чутливості до температури для подальшої розробки термостійкої версії, яка буде краще адаптована до зміни клімату.