"Открыт путь к созданию стойких сортов пшеницы без использования пестицидов"

Исследование, проведенное под руководством профессора Лю Чжиюна из Института генетики и биологии развития (IGDB) Китайской академии наук в партнерстве с международными группами и опубликованное в журнале Plant Biotechnology Journal, указывает на путь к разработке более стойких сортов пшеницы и снижению необходимости использования пестицидов.

Ученые выявили два гена, связанных с нуклеотидами пшеницы и обладающих повторяющимися лейцинами (NLR), RXL и Pm5e. Они обеспечивают устойчивость к опасному заболеванию пшеницы — мучнистой росе, согласно пресс-релизу Китайской академии наук, составленному Чжан Наньнаном.

Большинство клонированных генов, обеспечивающих устойчивость к мучнистой росе, кодируют белки CNL (CC-NLR). Одним из таких белков является Sr35, присутствующий у пшеницы. Он может образовывать колесообразный пентамерный комплекс, известный как резистосома, в котором спиральный плазматический мембраны домен (CC) выступает в роли канала для ионов Ca 2+. Это вызывает приток ионов Ca 2+, активирующих иммунные реакции.

В большинстве случаев один белок NLR способен одновременно распознавать эффекторные молекулы патогена и инициировать иммунный ответ. Однако некоторые NLR функционируют в паре, где один из них, известный как сенсорный NLR, распознает эффекторы патогена через свой интегрированный домен, а другой NLR — исполнительный NLR или помощник NLR — отвечает за запуск иммунного ответа.

Такие пары NLR часто соседствуют друг с другом в геноме. Например, это наблюдается у риса с парами RGA4/RGA5 и Pik-1/Pik-2, а также у Arabidopsis с парами RPS4/RRS1. Однако до сих пор неизвестно, исполняют ли свою функцию пары NLR в повышении стойкости пшеницы к болезням.

В результате своего исследования, Лю и его коллеги из Сейнсбери (Великобритания), Нанкинского педагогического университета и Хэнаньского университета науки и технологий продемонстрировали сотрудничество генов RXL и Pm5e у пшеницы, которое обеспечивает устойчивость к мучнистой росе. Оба гена кодируют атипичные белки NLR: RXL содержит укороченный домен NB-ARC, а Pm5e — атипичный домен CC.

Дополнительные исследования показали, что RXL и Pm5e предпочитают создавать гетеромерные комплексы, и домен CC Pm5e может конкурентно взаимодействовать для специфического подавления гиперчувствительной реакции, вызываемой доменом CC RXL. Это позволяет нам представить возможный регуляторный механизм для этой пары NLR.

«Мы устанавливаем, что два тесно связанных гена NLR, RXL и Pm5e, находящихся в параллельной ориентации, функционируют совместно как пара NLR, обеспечивающая устойчивость пшеницы к мучнистой росе. Роль устойчивости пары RXL/Pm5e была подтверждена путем мутагенеза, подавления генов и генетического анализа», сообщают авторы исследования.

Это исследование представляет собой первое доказательство того, что пары NLR играют важную роль в устойчивости пшеницы к болезням. Оно раскрывает молекулярный механизм RXL/Pm5e, регулирующий устойчивость пшеницы к мучнистой росе, и предоставляет генетические ресурсы для понимания стойкости к мучнистой росе и селекции пшеницы.

В целом исследование было всесторонним, с использованием строгой методологии клонирования и проверки пар RXL/Pm5e.