Выявление скрытых источников устойчивости соевых бобов к цистообразующим нематодам открывает путь для создания новых сортов, и некоторые уже проходят тестирование.
Когда урожайность сокращается, фермерам приходится решать, куда и как инвестировать ограниченные ресурсы: вносить удобрения или сезонные фунгициды? Модернизировать сеялку или комбайн? Купить опрыскиватель или довериться местному кооперативу? По словам Тарека Хевези, профессора молекулярной биологии растений в Университете Теннесси, растениям, в том числе соевым бобам, приходится принимать схожие решения: «Когда ресурсы растений ограничены, они сами решают, какие гены активировать, в то время как многие другие гены подавляются за ненадобностью».
По словам Хевези, селекционеры сои десятилетиями концентрировались на отборе генов, способствующих развитию и урожайности, чтобы эти гены с большей вероятностью были высокоактивными. Это происходило в ущерб генам, помогающим сое справляться со стрессом.
Он считает, что соевые бобы содержат «скрытые» или неактивные гены, которые могут помочь растению справляться с различными стрессовыми факторами. Он занимается эпигенетикой, которая изучает механизмы, действующие «выше» или «за пределами» генетики, изменяя время и способ активации генов. Цель данного исследования - выявить, идентифицировать и активировать эти гены для решения ключевых сельскохозяйственных задач.
Хевези применяет этот инновационный подход для поиска новых генетических источников устойчивости к соевым цистообразующим нематодам (англ. Soybean Cyst Nematode, SCN), благодаря финансированию по программе Soy Checkoff от Совета по продвижению сои штата Теннесси.
«Соевая цистообразующая нематода – главный вредитель, ежегодно наносящий ущерб урожаю на 2 миллиарда долларов. Источники устойчивости ограничены. Генетический источник устойчивости, который мы используем более 30 лет, PI88788, больше не эффективен, поскольку вредитель становится более вирулентным и развивает способность его преодолевать», - говорит исследователь.
В связи с необходимостью поиска большого количества полностью или частично неактивных генов сои Хевези нуждался в отправной точке и своевременном методе тестирования. Он начал с двух изогенных линий сои, то есть практически идентичных генетически, за исключением контролируемого различия. В данном случае этим различием были устойчивость и восприимчивость к SCN.
«Помимо этих изогенных линий, мы изучили родительские линии, чтобы выявить гены, которые могут отвечать за устойчивость к SCN. Чтобы относительно быстро проверить эти гены, мы создали композитные растения с трансгенными корнями», - говорит ученый.
Современные технологии позволили его команде отобрать и сверхэкспрессировать гены в трансгенном материале. Они внедрили сверхэкспрессированные гены в корни соевых бобов, высаженных в почву, заражённую SCN, в лабораторных условиях. Введение трансгенного материала привело к активации исследуемого гена у опытных растений.
«Примерно через шесть недель мы смогли сравнить воспроизводство SCN на различных трансгенных корнях. Мы проверили результаты на протяжении нескольких лет и выявили семь отдельных ранее не идентифицированных генов, которые обеспечивают очень высокий уровень устойчивости к SCN», - объясняет Хевези.
Исследователь сделал следующий шаг: создал стабильные трансгены с перспективными генами для дальнейшего тестирования и валидации. Несколько лет испытаний в теплицах подтвердили предыдущие результаты. Эти гены обеспечивают новые источники устойчивости к SCN.
В 2024 году он получил разрешения на проведение полевых испытаний с двумя ранее скрытыми типами генов устойчивости к SCN. Эти испытания, проведённые в Центре исследований и образования Восточного Теннесси в Ноксвилле, штат Теннесси, позволили его команде выявить компромиссы в других характеристиках, поскольку соевые бобы активировали эти гены для защиты от SCN.
«Мы не наблюдали потерь урожая. Эффективная устойчивость к SCN способствует тому, что соевые бобы демонстрируют ожидаемые результаты по росту, урожайности и содержанию белка», - сообщил Хевези.
Учитывая эти наблюдения, он намерен провести полевые испытания ещё с тремя ранее скрытыми генами и включить остальные в процесс тестирования. Одновременно он приобретает патенты и сотрудничает с семеноводческими компаниями, чтобы сделать полностью протестированные новые источники устойчивости к SCN доступными для коммерческой селекции сортов сои.
«Мы нашли отличные источники генетической устойчивости к SCN. Благодаря всем нашим открытиям у нас достаточно вариантов защиты на многие годы, заменяя или дополняя PI88788», - подчеркнул ученый.
Хевези полагает, что благодаря этим недавно идентифицированным генам селекционеры сои смогут комбинировать гены, создавая разнообразные варианты для фермеров, которые можно будет использовать для ротации источников устойчивости к SCN. Это предотвратит или замедлит разрушение устойчивости к SCN с течением времени. Кроме того, сорта сои, выведенные с использованием этих генов, вероятно, активируют устойчивость без ущерба для урожайности и качества.
Источники: University of Tennessee, Hewezi Laboratory. Автор: Лора Темпл.
На фото вы видите соевое поле в Теннесси, заражённое соевой цистообразующей нематодой. Автор фото: Тарек Хевези.