Биологи разрабатывают новую защиту в борьбе с инфекциями сельскохозяйственных культур

20.02.2020 8 824
пшеница

Команда исследователей из Университета Торонто успешно проверила новую стратегию выявления генетических ресурсов, критически важных для продолжающейся борьбы с такими болезнетворными микроорганизмами растений, как бактерии, грибки и вирусы, которые заражают и уничтожают продовольственные культуры по всему миру.

«Ежегодно до 40 процентов мирового урожая теряется для вредителей и патогенных микроорганизмов, таких как бактерии, вирусы и другие болезнетворные микроорганизмы», — говорит профессор кафедры биологии клеток и систем Дэвид Гутман, Университет Торонто, и соавтор исследования, опубликованного в Science . «В Канаде патогенные микроорганизмы из пяти основных культур ежегодно приносят убытки в размере около 3,2 млрд канадских долларов, даже при отсутствии значительных вспышек».

Сосредоточив внимание на почти безграничном арсенале связанных с болезнями генов, доступных для патогенов, и защитных способностей, доступных для растений, они не только открыли новое понимание способов выживания растений в результате беспощадных атак, они разработали план, который однажды может быть использован для защиты здоровье любого вида, выращенного для производства продуктов питания.

«Мы хотели знать, как относительно долгоживущие растения защищают себя от очень быстро развивающихся болезнетворных патогенов, почему болезни настолько редки, даже когда растения постоянно подвергаются воздействию этих весьма разнообразных патогенов, и почему одомашненные виды сельскохозяйственных культур гораздо более восприимчивы к атакам патогенов, чем дикие виды», сказал Гутман.

Гутман и коллега-профессор ЦСБ Даррелл Десво, который был одним из руководителей исследования, ответили на эти вопросы, задав особый вопрос, каким образом одно растение способно противостоять атакам обычного бактериального возбудителя сельскохозяйственных культур. Они сделали это, сначала охарактеризовав глобальное разнообразие важного класса патогенных белков, называемых эффекторами.

«Факторы играют ключевую роль в заболевании, поскольку они эволюционировали, чтобы усилить способность патогенных микроорганизмов атаковать и инфицировать своих хозяев. К счастью, растения развили контр защиту в виде иммунных рецепторов, которые могут распознавать определенные эффекторы», — сказал Десво. «Растение способно вызвать «эффекторный»иммунный ответ, который обычно останавливает инфекцию, если он несет специфический иммунный рецептор, который распознает специфический патоген-эффектор. Такое взаимодействие эффектор-рецептор называют ген-резистентностью к гену, и является основой для почти всех сельскохозяйственных устойчивых селекций «.

Команда начала с секвенирования геномов приблизительно 500 штаммов бактерий Pseudomonassyringae( P.syringae ), которые вызывают болезни почти у всех основных видов сельскохозяйственных культур.

«Из этих бактериальных геномов мы определили около 15 000 эффекторов из 70 различных семейств», — сказал Гутман. «Затем мы уменьшили эту сложность, выявив 530 эффекторов, которые представляют их глобальное разнообразие».

Затем исследователи синтезировали все эти репрезентативные эффекторы и поместили их в особо вредный штамм P. syringae, вызывающий заболевание при заражении растения Arabidopsisthaliana (A. thaliana), распространенного сорняка, широко используемого в исследованиях биологии растений. Делая инфекции с каждым отдельным эффектором, они видели, сколько из 530 эффекторов вызывало иммунный ответ, который защищал растение.

Результаты были неожиданными

«Мы обнаружили, что более 11% эффекторов вызывали иммунный ответ, и что почти 97% всех штаммов P. syringae несут по крайней мере один эффектор, вызывающий иммунитет», — сказал Десво. «Мы также определили новые растительные иммунные рецепторы, которые распознают эти эффекторы, и обнаружили, что почти 95% всех штаммов P. syringae могут блокироваться только двумя иммунными рецепторами A. thaliana».

Результаты проливают новый свет на то, как растения выживают при беспощадной атаке патогенов. Они также обеспечивают новый подход для выявления новых иммунных рецепторов растений, которые являются генетическим ресурсом в дефиците в сельскохозяйственном разведении.

«В то время как дикие виды растений обладают разнообразным набором иммунных рецепторов, большинство одомашненных сельскохозяйственных культур утратили значительную часть этого иммунного разнообразия из-за интенсивного искусственного отбора», — сказал Гутман. «Наш подход позволяет быстро идентифицировать новые иммунные рецепторы у диких сородичей сельскохозяйственных культур, которые затем могут быть перемещены в элитные сельскохозяйственные линии путем традиционного разведения, в конечном итоге создавая новые сорта с большей способностью противостоять сельскохозяйственным патогенам».

Источник: Дэвид Гутман, Университет Торонто; фото: pixabay.com

Поделиться:

Похожие статьи