Количественная устойчивость к болезням (QDR) - сложная, но прочная форма устойчивости растений к болезням, которая обеспечивает определенную защиту от широкого спектра патогенов. В отличие от качественной устойчивости, обусловленной основными генами устойчивости (R), QDR является полигенной и проявляется различными способами, такими как замедленное развитие поражений или снижение частоты заражения.
Устойчивость растений обычно делится на 2 концепции с фундаментальными различиями: качественная и количественная устойчивость.
В то время как качественная устойчивость к болезням обеспечивает высокоэффективную расоспецифическую устойчивость, количественная устойчивость к болезням (QDR) является широкополосной, но неполной устойчивостью.
Качественная устойчивость обусловлена основными расоспецифическими генами устойчивости (R-генами). Они часто приводят к полной и легко наблюдаемой устойчивости и были основным направлением исследований для программ селекции устойчивости к болезням. Однако в последнее время участились сообщения о том, что R-гены теряют свою эффективность против патогенов, а, кроме того, основные гены устойчивости не были идентифицированы для многих так называемых некротрофных фитопатогенов, таких как серая гниль Botrytis cinerea или белая гниль Sclerotinia sclerotiorum.
Понимание генетических и регуляторных механизмов, лежащих в основе QDR, долгое время было сложной задачей, решение которой затруднялось необходимостью использования передовых технологий фенотипирования и сложного анализа данных.
Исследование, опубликованное в журнале Plant Phenomics, предлагает дорожную карту для выведения более устойчивых к болезням сортов томатов, сообщает Китайская академия наук.
Домашний томат (Solanum lycopersicum) является важной продовольственной культурой мирового значения. Однако фитопатогены, включая некротрофа S. sclerotiorum или виды из рода Alternaria, угрожают производству томатов во всем мире.
Устойчивость хозяина и фунгициды являются стандартными инструментами для защиты томатов от этих патогенов.
Однако сильное давление отбора, вызванное R-генами или фунгицидами, и более высокое, чем ожидалось, разнообразие патогенов в полевых условиях приводят к потере эффективности фунгицидов или устойчивости у растений к таким видам.
Таким образом, высокоразнообразные дикие популяции являются бесценным источником желаемых аллелей в селекции, поскольку скрещивание диких и домашних может привести к повышению производительности и устойчивости к стрессу. Интеграция фенотипирования со скринингом генетически высокоразнообразных диких ресурсов поможет охарактеризовать новые аллели для селекции QDR.
Исследовательская группа исследовала количественную устойчивость к болезням (QDR) у четырех видов диких томатов, включая «мохнатый помидор» из Перу Solanum habrochaites, который считается одним из важнейших источников генетической изменчивости для улучшения урожая культивируемого томата Solanum lycopersicum, и других диких пасленовых родственников томата с известной устойчивостью к широкому спектру вредителей и патогенов, а также толерантностью к холоду, засухе и солевому стрессу S. lycopersicoides, S. pennellii и S. pimpinellifolium - против возбудителя белой гнили Sclerotinia sclerotiorum с помощью автоматизированной системы фенотипирования «Navautron».
Эта система непрерывно снимала изображения инфицированных листьев, а алгоритм сегментации использовался для количественной оценки таких параметров, как частота заражения (IF), продолжительность лаг-фазы, время удвоения поражения (LDT) и площадь под кривой прогрессирования заболевания (AUDPC).
Для учета изменчивости применялись статистические модели, включая обобщенные наименьшие квадраты и обобщенные линейные модели. Исследование выявило значительное фенотипическое разнообразие в QDR среди видов. У S. pimpinellifolium была самая короткая лаг-фаза (36,2 часа), тогда как у S. habrochaites и S. pennellii были более длинные лаг-фазы (приблизительно 59 часов).
Анализ роста поражений показал, что у S. pimpinellifolium и S. pennellii наблюдалось самое быстрое расширение поражений, со временем удвоения 11 часов, тогда как у S. habrochaites и S. lycopersicoides наблюдались более медленные темпы роста - до 36 и 41 часа соответственно.
Частота заражения также варьировалась, при этом S. habrochaites показал самый низкий показатель (80%) по сравнению с более высокими показателями у S. lycopersicoides и S. pennellii (93%–95%). Кроме того, была оценена внутривидовая изменчивость, которая показала, что S. pennellii демонстрировал широкий диапазон лаг-фаз среди своих образцов, в то время как S. lycopersicoides был более последовательным.
Анализ роста поражений в образцах S. pennellii выявил генотип-зависимую устойчивость, при этом LA1941 показал самую низкую скорость заражения, а LA1809 - самую высокую тяжесть. Корреляционный анализ показал, что параметры QDR, такие как лаг-фаза и LDT, в значительной степени независимы.
Эти результаты подчеркивают сложную взаимосвязь между генетическим фоном и QDR, что имеет значение для выведения устойчивых к болезням культур.
По словам старшего научного сотрудника исследования, доктора Ремко Стэма из Института фитопатологии Факультета сельскохозяйственных и пищевых наук Кильского Университета им. Христиана Альбрехта, «раскрытие потенциала QDR в селекции сельскохозяйственных культур было давней проблемой. Наше исследование демонстрирует экономически эффективную систему фенотипирования, которая может предоставить данные с высоким разрешением, имеющие решающее значение для понимания и использования признаков QDR у диких сородичей сельскохозяйственных культур».
Исследование подчеркивает силу недорогих, высокоэффективных систем фенотипирования в исследовании патологии растений.
Разбивая QDR на отдельные механизмы, ученые могут более эффективно выводить культуры, которые не только устойчивы, но и способны выдерживать различные экологические стрессы. Эти достижения дают надежду на устойчивое сельское хозяйство, где растения могут защищать себя от болезней без сильной зависимости от фунгицидов или основных R-генов.
Источник: Chinese Academy of Sciences.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.
