Раскрыты структура и функции генов, защищающих пшеницу от ржавчины
У зерновых культур охрана от хворей, вызванных грибами-паразитами, быть может двоякой. С одной сторонки, это синтез растением специфичного средства, направленного на избавление от определенного облика паразита. Экий способ борьбы высокоэффективен, но недолговечен. С второй сторонки, растение употребляет и долговременную охрану, наиболее стабильную, но не безусловную: количество растений все же заражается и отмирает.
У зерновых культур охрана от хворей, вызванных грибами-паразитами, быть может двоякой. С одной сторонки, это синтез растением специфичного средства, направленного на избавление от определенного внешности паразита. Таковой способ борьбы высокоэффективен, но недолговечен. С второй сторонки, растение употребляет и долговременную охрану, наиболее стабильную, но не безусловную: число растений все же заражается и отмирает. Генетики выучили структуру и функции 2-ух генов, тот или другой участвуют в стабильной охране растений от ржавчинных грибов. Оказалось, что эти гены кодируют мембранные белки, тот или другой исполняют сигнальные и транспортные функции. Возможно, гриб-паразит не в состоянии обойти охрану, организованную растением в главных точках метаболизма, жаждая вероятны и остальные разъяснения деянья таковой охраны. Исследование устройств сходственной стабильной охраны сулит растениеводству необыкновенные выгоды.
В начале XX века Н. И. Вавилов начал близкую научную деятельность с исследования устойчивых к болезням видов культурных пшениц. Это водилась задачка чрезвычайной значимости, потому что от фитопаразитов, в частности ржавчины и мучнистой росы, гибнет около 30% урожаев пшеницы. Эти заболевания вызываются грибами, их распространение в другие годы приводит к эпифитотиям (по аналогии с эпизоотиями и эпидемиями), иногда гибнет сбор целых регионов. Вавилов предлагал выявлять естественные устойчивые сорта и скрещивать их с культурными, высокопродуктивными растениями. В поисках резистентных видов Вавилов предпринял немного экспедиций в Центральную Азию, и в этих экспедициях, как мы помним, определил принципы источников происхождения культурных растений и законы гомологических линий. Там же, в источниках происхождения, нашлись и резистентные культурные, и бешеные сорта. Дальше последовала селекционная служба на опытнейших полях, и в итоге удалось вывести целый ряд устойчивых к болезням видов культурных растений.
За 100 лет целенаправленной генетической службы по выведению резистентных видов культурных растений не поменялась постановка задачки и не снизилась ее актуальность. Зато замерзли совершенно вторыми способы службы генетиков. Четкие чтения генетических карт выявили множество генов, ответственных за устойчивость к болезням: на данный момент не секрет около 100 генов, участвующих в охране растения от ржавчинных грибов. Изучаются биохимические механизмы, ответственные за устойчивость, приобретена богатая информацию о самом процессе взаимодействия в порядку паразитхозяин у культурных растений.
Вся эта информация дозволила различить два вида стойкости растений к паразитам: вертикальную и горизонтальную. Вертикальная устойчивость базирована на точечном механизме охраны, иногда растение прицельно разламывает тот либо другой белок гриба-паразита. Эта охрана заработала заглавие ген-на-ген (gene-for-gene), другими словами против один-одинешенек гена паразита функционирует один-одинехонек защитный ген владельца. Светло, что сиим методом растение определенной полосы либо сорта может защититься от один-одинешенек определенного болезни. Таковая охрана обыкновенно очень эффективна, но… недолговечна. Так как заслуживает паразиту чуток-чуток поменять собственный ген, как белок владельца теснее закончит его узнавать, и средство охраны оказывается недейственным. Таковая вот гонка в поисках абсолютного оружия. Генетик в предоставленном случае заслуживает на стране культурных растений и обязан все пора настраивать генетическую охрану: отыскивать либо конструировать новейшие гены, вести селекцию либо внедрять сконструированные действенные гены в геном растений. Все это тщательная, длинная и дорогостоящая служба.
Но глодать второй тип стойкости к болезням горизонтальный. И сами растения пользуются конкретно сиим методом, потому что он наиболее надежен и стабилен и функционирует против пары вредителей. Ведь, невзирая на тысячелетия собственной вредной деятельности, ржавчинные грибы все же не истребили культурные пшеницы. Стабильная охрана обеспечивается обильем генов, жаждая этот комплекс не значит стопроцентно здоровых урожаев. Определенная число листьев все же поражается грибом, какая-то число растений все же отмирает. Потому этот тип охраны величается еще количественным. На теперешний на днях ведом ряд генов, зачисляющих роль в горизонтальной резистентности. Посреди их гены добро ведомого семейства Lr (leaf rust листовая ржавчина), тот или другой действуют как у проростков, так и у взрослых растений. Количественную, либо горизонтальную, устойчивость обеспечивают также гены Yr (yellow rust желтоватая ржавчина), Pm (powdery mildew мучнистая роса) и др. Механизм количественной охраны пока мрачен. Актуальность его выяснения явна.
Выяснению механизма количественной охраны посвящены две службы в бранном выпуске журнальчика Science. Одна из их, сделанная учеными из США и Израиля под управлением Даолин Фу (Daolin Fu) и Хорхе Дубковски (Jorge Dubcovsky) с кафедры ботаники Калифорнийского института в Дэвисе, доставляет информацию о службе гена из семейства Yr. Вторая, сделанная интернациональной командой из Цюрихского института (Швейцария), научно-промышленной исследовательской организации CSIRO Plant Industry (Канберра, Австралия) и Интернационального центра по разведению кукурузы и пшеницы (Мехико, Мексика), открывает механизм службы один-одинешенек гена из семейства Lr.
Ген Lr34, ставший объектом заинтересованности швейцарско-австралийско-мексиканской командой генетиков, экспрессируется и у эмбрионов, и у взрослых растений в листьях. Но в главном его экспрессия в листьях взрослых растений обеспечивает устойчивость от ржавчинных грибов. Генетики выучили нуклеотидную последовательность и структуру локуса, к тот или иной принадлежит этот ген, и выдвинули полностью приемлемую догадку о его службе в клеточке. Они представили, что ген Lr34 кодирует белок, тот или другой транспортирует спустя мембрану разные молекулы. Схожий белок (PEN3) водится и у известного арабидопсиса. PEN3, так же как и LR34, исполняет функцию транспорта спустя мембрану и придает резистентность к возбудителю мучнистой росы. У арабидопсиса при инфецировании мучнистой росой PEN3 понижает транспорт растительных метаболитов.
Количественный локус Yr36, исследованный параллельно американо-израильской группой ботаников, регулирует в растительной клеточке транспорт фосфолипидов спустя мембраны. Это значит, что этот локус исполняет сигнальные функции и главен для опознания вредных паразитов, контактирующих с клеточкой. Ведь своевременное определение паразита приводит к прыткому иммунному ответу и улучшению защитных параметров сорта.
Зачем паразиты не улучшают способы обмана генов горизонтальной охраны? Во-основных, горизонтальная охрана может основываться на коллективной службе почти всех локусов, паразитам тяжело одурачить немедля целых. Конкретно потому селекционеры употребляют новейшие сочетания этих генов для поддержания стойкости. (Кстати, наличие гена Lr34 у растения может и не значить резистентности сорта к заболеванию.) Во-вторых, стабильная охрана быть может нацелена на настолько главный ген у паразита, что паразиту примитивнее пожертвовать долею вирулентности, чем изменять этот главный ген. В-третьих, растение может употреблять экие методы охраны, тот или другой не понижают приспособленности и выживаемости паразита. Другими словами, эти методы едва лишь повышают сопротивляемость заболеванию и заболевание наносит растению наименьший вред.
Светло, что надежные и длительные методы борьбы с фитозаболеваниями обязаны эксплуатировать эти бранные сценарии, а не ставшие теснее обыкновенными средства ген-на-ген. А для этого надо учить механизмы горизонтальной стойкости, благо, как проявили свежие исследования, средства для этого у современной науки есть.
Источник:
1) Simon G. Krattinger, Evans S. Lagudah, Wolfgang Spielmeyer, Ravi P. Singh, Julio Huerta-Espino, Helen McFadden, Eligio Bossolini, Liselotte L. Selter, Beat Keller. A Putative ABC Transporter Confers Durable Resistance to Multiple Fungal Pathogens in Wheat // Science. V. 323. P. 13601363. 6 March 2009.
2) Daolin Fu, Cristobal Uauy, Assaf Distelfeld, Ann Blechl, Lynn Epstein, Xianming Chen, Hanan Sela, Tzion Fahima, Jorge Dubcovsky. A Kinase-START Gene Confers Temperature-Dependent Resistance to Wheat Stripe Rust // Science. V. 323. P. 13571360. 6 March 2009.
(Лена Наймарк )
Posted in ЭкоБиология by admin with comments disabled.