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 внешности паразита. Экий способ борьбы высокоэффективен, но недолговечен. С иной сторонки, растение применяет и долговременную охрану, наиболее стабильную, но не безусловную: число растений все же заражается и отмирает.
У зерновых культур охрана от хворей, вызванных грибами-паразитами, быть может двоякой. С одной страны, это синтез растением специфичного средства, направленного на избавление от определенного облика паразита. Этакий способ борьбы высокоэффективен, но недолговечен. С иной страны, растение употребляет и долговременную охрану, наиболее стабильную, но не безусловную: число растений все же заражается и отмирает. Генетики исследовали 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 вторые изъяснения деяния этакий охраны. Исследование устройств сходственной стабильной охраны сулит растениеводству необыкновенные выгоды.
В начале XX века Н. И. Вавилов начал свойскую 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 занятие 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 иными способы службы генетиков. Пунктуальные 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, заработана богатая информацию о самом процессе взаимодействия в налаженности паразитхозяин у культурных растений.
Вся эта информация дозволила различить два разновидности 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 приобрела 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. Этакая охрана как правило очень эффективна, но… недолговечна. Так как быть достойным паразиту чуток-чуток поменять собственный ген, как белок владельца теснее не станет его узнавать, и средство охраны оказывается недейственным. Этакая вот гонка в поисках абсолютного оружия. Генетик в предоставленном случае быть достойным на сторонке культурных растений и обязан все период настраивать генетическую охрану: отыскивать либо конструировать новейшие гены, вести селекцию либо внедрять сконструированные действенные гены в геном растений. Все это тщательная, длинная и дорогостоящая занятие.
Но грызть иной 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 свойской 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. Оттого этот тип охраны величается еще количественным. На нынешний задевай ведом ряд генов, зачисляющих роль в горизонтальной резистентности. Посреди их гены ладно знакомого семейства Lr (leaf rust листовая ржавчина), тот или другой функционируют 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 заключительном 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, приносит информацию о службе гена из семейства Yr. Иная, 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 интереса 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 исследовали нуклеотидную последовательность и структуру локуса, к тот или другой 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) имется 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 стремительному иммунному ответу и улучшению защитных параметров сорта.
Отчего паразиты не улучшают способы обмана генов горизонтальной охраны? Во-главных, горизонтальная охрана может основываться на коллективной службе почти всех локусов, паразитам тяжело одурачить немедля целых. Конкретно оттого селекционеры применяют 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 тривиальнее пожертвовать долею вирулентности, чем изменять этот главный ген. В-третьих, растение может применять экие методы охраны, тот или другой не понижают приспособленности и выживаемости паразита. Другими словами, эти методы едва повышают сопротивляемость заболеванию и хворь наносит растению наименьший вред.
Светло, что надежные и длительные методы борьбы с фитозаболеваниями обязаны эксплуатировать эти заключительные сценарии, а не ставшие теснее обычными средства ген-на-ген. А для этого нужно учить механизмы горизонтальной стойкости, благо, как проявили свежие исследования, средства для этого у современной науки водятся.
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.