Бактериальный ожог риса — опасное карантинное заболевание, вызываемое бактерией Xanthomonas oryzae pv. oryzae, поражающее сосудистую систему растений. Оно вызывает увядание, пожелтение и гибель посевов, особенно в фазе колошения, приводя к потерям урожая до 60%.
Заболевание распространено в Азии, часто передается через семена и зараженную воду. Начинается с появления маслянистых, зеленовато-желтых пятен на листьях, которые затем переходят в полосы, охватывающие весь лист. Листья быстро засыхают (ожог), растение увядает. В условиях высокой влажности на пораженных тканях выделяется бактериальный экссудат (капли жидкости).
Ввиду тяжести бактериального ожога риса, обнаружение и применение генов устойчивости к этому заболеванию имеет стратегическое значение для обеспечения стабильного производства риса в Азии. Однако генетические стратегии повышения устойчивости к болезни сталкиваются с компромиссом между урожайностью и иммунитетом к заболеванию, поскольку более высокий иммунитет может быть связан с более низкой урожайностью.
На сегодняшний день большинство генов устойчивости к бактериальному ожогу (Xa), которые были «клонированы» — то есть идентифицированы, выделены и функционально подтверждены, — либо происходят от диких родственников риса, либо представляют собой мутации с потерей функции в генах восприимчивости, что позволяет предположить, что устойчивость к бактериальному ожогу могла подвергнуться отрицательному отбору в процессе одомашнивания риса.
Команда профессора Хэ Цзухуа из Центра передовых исследований в области молекулярных наук о растениях Китайской академии наук, совместно с командой профессора Чэнь Гунъю из Шанхайского университета Цзяотун и командой профессора Дэн Ивэня из Чжэцзянского университета, клонировали ген Xa48, обеспечивающий широкий спектр устойчивости к бактериальному ожогу. Они разработали новую модель широкой и надежной устойчивости к бактериальному ожогу, включающую иммунный рецептор NLR и его соответствующий эффектор, и раскрыли молекулярный механизм, посредством которого XA48 координирует рост и иммунитет в процессе одомашнивания сельскохозяйственных культур.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
«В своем исследовании мы идентифицируем нуклеотид-связывающий сайт и рецептор XA48 с богатыми лейцином повторами (NLR) Oryza sativa, а также нижележащие транскрипционные факторы Os VOZ1 и Os VOZ2 (Os VOZ1/2), которые обеспечивают устойчивость к бактериальному ожогу, - поясняют авторы исследования из Китайской академии наук. - XA48 воспринимает древний эффектор патогена XopG, активируя иммунитет, запускаемый эффектором, путем деградации негативного регулятора Os VOZ1/2. Очевидно, что модуль XA48– Os VOZ1 подвергся субвидоспецифическому отбору: Xa48 сохранился только у Oryza sativa indica (индика) и был утрачен у Oryza sativa japonica (японика). Напротив, Os VOZ1 разделился на два гаплотипа O. s.. У сорта индика сохраняются оба аллеля Os VOZ1 A/S, совместимые с Xa48, тогда как у O. s. японики присутствует только Os VOZ1 A. Повторное введение Xa48 в O. s. японики значительно снижает урожайность из-за иммунной несовместимости, опосредованной XA48 и Os VOZ1 A. Сочетание иммунитета, активируемого эффекторами XA48, с иммунитетом, активируемым паттернами XA21, восстанавливает широкоспектральную устойчивость дикого риса. Таким образом, наше исследование показывает, как асимметричный отбор модуля NLR-транскрипционного фактора формирует устойчивость к болезням и репродуктивное развитие, предоставляя стратегию селекции сельскохозяйственных культур за счет использования относительного иммунитета дикого риса».
Ученые также создали платформу для изучения иммунологии, основанную на двух основных путях иммунной системы растений — иммунитете, запускаемом паттернами (PTI), опосредованном RaxX-XA21, и иммунитете, запускаемом эффекторами (ETI), опосредованном AvrXa48-XA48, — для систематического исследования их синергетического эффекта во время заражения патогенами. Они разработали комплексную платформу PTI+ETI, которая интегрирует эти иммунные сети для повышения устойчивости к бактериальному ожогу. Они также восстановили широкоспектральную устойчивость дикого риса в современном рисе, предложив новую стратегию устойчивого контроля болезней сельскохозяйственных культур.
Данное исследование закладывает основу для развития защиты растений и селекции сельскохозяйственных культур в Китае, предоставляя генетические ресурсы и техническую поддержку для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к болезням в рамках программ селекции риса.
Источник: Chinese Academy of Sciences. Автор: Лю Цзя.
На фото: исследователи изучают фенотипы риса в полевых условиях, чтобы получить ключевые данные для выведения устойчивых к болезням сортов.
Источник: Центр передового опыта в области молекулярных наук о растениях Китайской академии наук.
