Мучнистая роса пшеницы, вызываемая Blumeria graminis f. sp. tritici (Bgt), является широко распространенным заболеванием, которое приводит к потерям урожая примерно на 10-40%. Селекция пшеницы с использованием генов устойчивости к мучнистой росе является ключевой стратегией снижения зависимости от пестицидов при выращивании важнейшей культуры.
Исследование, проведенное под руководством профессора Лю Чжиюна из Института генетики и биологии развития (IGDB) Китайской академии наук в сотрудничестве с международными группами и опубликованное в журнале Plant Biotechnology Journal, подсказывает путь к разработке более устойчивых сортов пшеницы и снижению зависимости от пестицидов.
Ученые выявили пару генов, связывающих нуклеотиды пшеницы и богатых лейцином повторов (NLR), RXL и Pm5e, которые обеспечивают устойчивость к разрушительному заболеванию пшеницы мучнистой росой, пишет Чжан Наньнан в релизе Китайской академии наук.
Большинство клонированных генов устойчивости к мучнистой росе кодируют белки CNL (CC-NLR). CNL, такие как пшеничный Sr35, и могут образовывать пентамерный комплекс в форме колеса, известный как резистосома, в котором домен спиральной спирали (CC) встраивается в плазматическую мембрану и действует как канал Ca 2+ , вызывая приток Ca 2+ для активации иммунных реакций.
В большинстве случаев один белок NLR может одновременно распознавать эффекторные молекулы патогенов и инициировать иммунные ответы. Однако некоторые NLR функционируют как пары NLR, где сенсорный NLR распознает эффекторы патогенов через свой интегрированный домен, а другой NLR в паре, известный как исполнительный NLR или помощник NLR, отвечает за инициирование иммунного ответа.
Эти пары NLR часто тесно связаны в геноме, например, RGA4/RGA5 и Pik-1/Pik-2 у риса и RPS4/RRS1 у Arabidopsis. Однако неясно, регулируют ли пары NLR устойчивость к болезням у пшеницы.
В своем исследовании Лю и его коллеги из лаборатории Сейнсбери (Великобритания), Нанкинского педагогического университета и Хэнаньского университета науки и технологий продемонстрировали, что гены RXL и Pm5e в пшенице функционируют вместе как пара NLR, опосредуя устойчивость к мучнистой росе. Оба гена кодируют атипичные белки NLR, причем RXL содержит укороченный домен NB-ARC, а Pm5e — атипичный домен CC.
Дальнейшие исследования показали, что RXL и Pm5e предпочитают формировать гетеромерный комплекс, а домен CC Pm5e может конкурентно взаимодействовать, чтобы специфически подавлять гиперчувствительную реакцию, вызванную доменом CC RXL, раскрывая возможный регуляторный механизм этой пары NLR.
«Здесь мы демонстрируем, что два тесно связанных гена NLR, RXL и Pm5e, расположенные в ориентации голова к голове, функционируют вместе как пара NLR, опосредуя устойчивость к мучнистой росе у пшеницы. Функция устойчивости пары RXL / Pm5e подтверждена с помощью мутагенеза, подавления генов и анализа редактирования генов», сообщают авторы работы.
Это исследование представляет собой первое доказательство того, что пары NLR опосредуют устойчивость пшеницы к болезням, раскрывает молекулярный механизм RXL/Pm5e в регулировании устойчивости пшеницы к мучнистой росе и предоставляет ресурсы генов устойчивости для понимания устойчивости к мучнистой росе и селекции пшеницы.
В целом исследование было комплексным, с применением строгой методологии клонирования и проверкой пар RXL/Pm5e.
Источник: Chinese Academy of Sciences. Автор: Чжан Наньнан.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.