Фитофторозная корневая гниль может поражать растения сои на протяжении всего периода роста. Заражение на ранней стадии вызывает гниение семян и загнивание всходов, тогда как заражение на более поздних стадиях приводит к корневой гнили, побурению стебля, хлорозу листьев, увяданию или гибели растения.
P. sojae демонстрирует высокое разнообразие патотипов и может сохраняться в почве в течение длительного времени. После того, как патоген укоренится в полях, его трудно контролировать, и он может сохраняться в течение длительного времени, представляя серьезную угрозу для устойчивого производства сои. Поэтому выведение устойчивых сортов является одной из наиболее экономичных и эффективных стратегий борьбы с болезнями, которая основана на выявлении и использовании генов устойчивости.
Китайские исследователи детально изучили работу особого гена под названием GmHIR1, который отвечает за клеточный иммунитет, и экспериментально доказали, что его экспрессия может защитить сою от упомянутого патогена. Они взяли за основу сою W82 (Williams 82) с помощью молекулярных технологий создали две противоположные группы: линии с гиперэкспрессией нужного гена и нокаут-мутантов, у которых этот ген вырезали с помощью генетических ножниц CRISPR/Cas9.
Williams 82 — эталонный сорт сои с первым полностью расшифрованным геномом, часто используемый в исследованиях. Этот сорт, выведенный в США в 1980-х, служит основой для функционального анализа генов благодаря своей изученности и генетической устойчивости к болезням.
После заражения P. sojae разница стала очевидной. Мутанты без гена GmHIR1 демонстрировали более крупные поражения, более высокую биомассу патогена и повышенную гибель клеток в местах заражения. В отличие от них, линии с гиперэкспрессией показали уменьшенный размер поражений, меньшее накопление патогена и более слабые сигналы окрашивания. Эксперимент наглядно доказал, что этот ген является главным позитивным регулятором иммунитета сои.
Затем исследователи провели сложнейший транскриптомный и протеомный анализ — то есть заглянули в карту работы всех РНК и белков в момент атаки. Оказалось, что усиленный ген GmHIR1 запускает масштабные изменения по цепочке. Первым делом он активирует кальциевые сигнальные пути, которые сообщают всему организму растения об опасности, и включает ферменты пероксидазы, контролирующие окислительный стресс. Растение начинает точечно уничтожать зараженные клетки, изолируя гриб и не давая ему расползаться дальше.
Параллельно с этим активированный ген ускоряет метаболизм флавоноидов и фенилпропаноидов — специальных природных защитных соединений, которые работают как естественные антибиотики и фунгициды. Они отравляют гриб и одновременно укрепляют стенки соседних здоровых клеток, делая их непроходимыми для инфекции. Это открытие дает селекционерам сои точного генного кандидата для создания устойчивых сортов.
