Дослідження, яке очолював професор Лю Чжиюнь із Інституту генетики та біології розвитку (IGDB) Китайської академії наук у співпраці з міжнародними групами, опубліковане в журналі Plant Biotechnology Journal, прокладає шлях до створення більш стійких сортів пшениці та зменшення залежності від пестицидів.
Учені виявили пару генів пшениці, що зв’язують нуклеотиди та багаті на повтори лейцину (NLR): RXL та Pm5e, які забезпечують стійкість до небезпечної хвороби пшениці – борошнистої роси. Про це повідомляється в релізі Китайської академії наук, підготовленому Чжан Наньнанем.
Більшість відомих генів стійкості до борошнистої роси кодують білки типу CNL (CC-NLR). Наприклад, білок Sr35 у пшениці може формувати пентамерний комплекс у формі колеса, відомий як резістосома.
У цьому комплексі домен спіральної структури (CC) вбудовується в плазматичну мембрану та діє як кальцієвий канал, викликаючи приплив іонів Ca²⁺ для активації імунних реакцій.
У більшості випадків один білок NLR може одночасно розпізнавати молекули-ефектори патогенів і запускати імунну відповідь. Проте деякі NLR функціонують як пари, де сенсорний NLR розпізнає ефектори патогенів через свій інтегрований домен, а виконавчий або допоміжний NLR ініціює імунну відповідь.
Такі пари NLR зазвичай розташовані близько одна до одної у геномі. Наприклад:
- RGA4/RGA5 і Pik-1/Pik-2 у рису,
- RPS4/RRS1 у Arabidopsis.
Досі не було відомо, чи регулюють пари NLR стійкість до хвороб у пшениці.
Ключові результати дослідження
Професор Лю та його колеги з Лабораторії Сейнсбері (Велика Британія), Нанкінського педагогічного університету та Хенаньського університету науки і технологій виявили, що гени RXL і Pm5e у пшениці функціонують разом як пара NLR, забезпечуючи стійкість до борошнистої роси.
- RXL має скорочений домен NB-ARC,
- Pm5e – атиповий домен CC.
Дослідження показали, що ці гени формують гетеромерний комплекс. Домен CC гена Pm5e конкурентно взаємодіє, специфічно пригнічуючи гіперчутливу реакцію, викликану доменом CC гена RXL. Це вказує на можливий регуляторний механізм роботи пари NLR.
Висновки дослідників
- Гени RXL і Pm5e, розташовані один напроти одного в геномі, працюють як єдина система, що забезпечує стійкість до борошнистої роси.
- Функцію стійкості цієї пари підтверджено за допомогою методів мутагенезу, пригнічення генів та редагування геному.
- Це дослідження є першим підтвердженням того, що пари NLR можуть регулювати стійкість до хвороб у пшениці.
Значення дослідження
- Відкрито молекулярний механізм роботи генів RXL/Pm5e, що регулюють стійкість до борошнистої роси.
- Надано ресурси для селекції пшениці з підвищеною стійкістю до хвороб.
- Створено платформу для розробки більш стійких сортів пшениці, що зменшить використання пестицидів у сільському господарстві.
