Strukturen og funktionerne af gener, der beskytter hvede mod rust, afsløres • Elena Naimark • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik, botanik

Strukturen og funktionerne af gener beskytter hvede fra rust er beskrevet.

Brun hvede rust forårsaget af svampe Puccinia triticina og inficerer plantens blade. I omkring hundrede år har genetikken søgt pålidelige metoder til bekæmpelse af denne sygdom. Foto fra ru.wikipedia.org

I korn kan beskyttelse mod sygdomme forårsaget af parasitære svampe være dobbelt. På den ene side er dette syntesen ved en plante af et bestemt middel, der sigter på at slippe af med en bestemt type parasit. Denne metode til kamp er meget effektiv, men kortvarig. På den anden side anvender anlægget og langsigtet beskyttelse, mere stabil, men ikke absolut: nogle planter bliver stadig smittede og dør. Genetik studerede strukturen og funktionerne i to gener, der er involveret i den stabile beskyttelse af planter mod rustsfugle. Det viste sig, at disse gener koder membranproteiner, der udfører signal- og transportfunktioner. Sandsynligvis er den parasitiske svamp ikke i stand til at omgå den beskyttelse, som planten organiserer på nøglepunkterne i stofskiftet, selv om andre forklaringer på virkningen af ​​en sådan beskyttelse er mulige. Undersøgelse af mekanismerne af en sådan stabil beskyttelse giver ekstraordinære fordele for afgrødeproduktionen.

I begyndelsen af ​​det 20. århundrede begyndte N. I. Vavilov sin videnskabelige aktivitet ved at studere dyrkede hvede sorter resistente over for sygdomme.Dette var en opgave af ekstrem betydning, da fytoparasitter, især rust og pulverlak, dræber omkring 30% af hvedehøsten. Disse sygdomme er forårsaget af svampe, deres fordeling i andre år fører til epipytotika (analogt med epizootier og epidemier), når høsten af ​​hele regioner dør. Vavilov foreslog at identificere naturlige resistente sorter og krydse dem med dyrkede, yderst produktive planter. På udkig efter resistente sorter foretog Vavilov flere ekspeditioner til Centralasien, og i disse ekspeditioner formulerede han, som han husker, principperne om dyrkningsplanternes oprindelse og lovgivningen i homologe serier. På samme sted i oprindelsesfeltet var der også resistente kulturelle og vilde sorter. Dette blev efterfulgt af avlsarbejde på forsøgsfeltene, og som følge heraf blev en række sygdomsresistente sorter af dyrkede planter bragt ud.

For et hundrede års målrettet genetisk arbejde med fjernelse af resistente sorter af dyrkede planter er formuleringen af ​​problemet ikke ændret, og dets relevans er ikke faldet. Men der var meget forskellige metoder til at arbejde med genetikere.Præcise aflæsninger af genetiske kort har afsløret mange gener, der er ansvarlige for sygdomsresistens: nu er der omkring hundrede gener involveret i beskyttelse af planten mod rustsvampe. De biokemiske mekanismer, der er ansvarlige for resistens, studeres, og der er opnået rig information om selve interaktionsprocessen i værtsparasitssystemet i dyrkede planter.

Alle disse oplysninger tillod os at skelne mellem to typer plantebestandighed mod parasitter: lodret og vandret. Lodret stabilitet er baseret på en punktmekanisme for beskyttelse, når en plante synligt ødelægger et protein af parasitsvampen. Denne beskyttelse hedder gen-for-genet (gen-for-genet), det vil sige et beskyttende værtsgen virker mod et parasitgen. Det er klart, at en plante af en bestemt linje eller sort kan beskytte sig mod en bestemt sygdom. Sådan beskyttelse er normalt ekstremt effektiv, men … kortvarig. Fordi det er værd at parasitten til lidt ændrer dens gen, da værtsproteinet ikke længere genkender det, og afhjælpe vil være ineffektivt. Sådan er kapløbet på jagt efter "absolutte våben".I dette tilfælde er genetikeren på siden af ​​dyrkede planter og skal hele tiden justere den genetiske beskyttelse: at søge efter eller opbygge nye gener, foretage udvælgelse eller indføre designede effektive gener i genomets planter. Alt dette er omhyggeligt, langt og dyrt arbejde.

Men der er en anden type sygdomsresistens – vandret. Og planten selv bruger denne metode, da den er mere pålidelig og stabil og virker mod flere skadedyr. På trods af de tusindvis af år af dets skadelige aktivitet ødelagde rustsvedene stadig ikke den dyrkede hvede. Stabil beskyttelse ydes af mange gener, selvom dette kompleks ikke betyder hundrede procent sunde udbytter. En vis del af bladene påvirkes stadig af svampen, og nogle af planterne dør stadig. Derfor kaldes denne type beskyttelse også kvantitativ. I dag er en række gener involveret i vandret modstand kendt. Blandt dem er generne af den velkendte Lr-familie (leaf rust-leaf rust), som virker både i kimplanter og i voksne planter. Kvantitativ eller vandret,Yr (gul rust – gul rust), Pm (pulverformige meldug – pulverlaks) gener giver også stabilitet. Mekanismen for kvantitativ beskyttelse er endnu ikke klar. Hastigheden af ​​hans afklaring er åbenlyst.

Afklaringen af ​​den kvantitative beskyttelsesmekanisme er genstand for to papirer i det seneste nummer af tidsskriftet. Videnskab. En af dem, der udføres af forskere fra USA og Israel under ledelse af Daolin Fu og Jorge Dubcovsky fra Botany University of California, Davis, giver information om genets arbejde fra Yr-familien. En anden, udført af et internationalt hold fra Zürich Universitet (Schweiz), forskning og industrielle forskningsorganisation CSIRO Plant Industry (Canberra, Australien) og International Center for Majs- og hvedeavl (Mexico City, Mexico) afslører mekanismen for et gen fra Lr-familien.

gen Lr34som blev opmærksom på det schweiziske-australske-mexicanske team af genetikere, udtrykkes i embryoner og i voksne planter i blade. Men hovedsageligt er dets udtryk i bladene af voksne planter modstandsdygtige over for rustsvampe. Genetikere studerede nukleotidsekvensen og strukturen af ​​locuset, som dette gen tilhører,og fremsætte en acceptabel hypotese om hans arbejde i cellen. De foreslog, at genet Lr34 koder for et protein, som transporterer forskellige molekyler over membranen. Et lignende protein (PEN3) er også til stede i den berømte arabidopsis. PEN3, såvel som LR34, udfører funktionen af ​​transport gennem membranen og giver resistens over for det pulverformige muggemiddel [//ru.wikipedia.org/wiki/Mucine_Rosa]. I Arabidopsis reducerer PEN3, når den er smittet med pulverlak, transporten af ​​plantemetabolitter.

Kvantitativt locus Yr36, studeret parallelt med den amerikansk-israelske gruppe af nørder, regulerer transporten af ​​phospholipider gennem membraner i en plantecelle. Dette betyder, at dette locus udfører signalfunktioner og er vigtigt for identifikation af skadelige parasitter i kontakt med cellen. Faktisk fører den rettidige anerkendelse af parasitten til et hurtigt immunrespons og forbedring af varens beskyttende egenskaber.

Hvorfor parasitterne ikke forbedrer metoderne til at snyde generne af vandret beskyttelse? For det første kan horisontal beskyttelse baseres på mange lokals kollektive arbejde, det er svært for parasitter at narre alle på én gang. Derfor bruger opdrættere nye kombinationer af disse gener for at bevare modstanden. (Forresten, tilstedeværelsen af ​​genet selv Lr34 i en plante kan det ikke betyde, at sorten er resistent overfor sygdommen.) For det andet kan stabil beskyttelse rettes mod et så vigtigt gen i parasitten, at det er lettere for parasitten at ofre en del af virulensen end at ændre dette nøglegen. For det tredje kan planten anvende sådanne beskyttelsesmetoder, der ikke reducerer parasittenes egnethed og overlevelse. Med andre ord øger disse metoder kun modstanden mod sygdommen, og sygdommen forårsager planten mindre skade.

Det er klart, at pålidelige og langsigtede måder at bekæmpe fytosygdomme på burde udnytte disse sidstnævnte scenarier, snarere end genta-gen-genværktøjer, der allerede er blevet kendt. Og for dette er det nødvendigt at studere mekanismerne for horisontal stabilitet, da nyere videnskab har midler til at gøre dette, som nyere studier har vist.

Kilde:
1) Simon G. Krattinger, Evans S. Lagudah, Wolfgang Spielmeyer, Ravi P. Singh, Julio Huerta-Espino, Helen McFadden, Eligio Bossolini, Liselotte L. Selter, Beat Keller. ABC Transporter modstandsdygtighed over for flere svampepathogener i hvede // Videnskab. V. 323, s. 1360-1363. 6. marts 2009.
2) Daolin Fu, Cristobal Uauy, Assaf Distelfeld, Ann Blechl, Lynn Epstein, Xianming Chen, Hanan Sela, Tzion Fahima, Jorge Dubcovsky. En Kinase-START Gene Confers Temperatur-Afhængig Modstandsdygtighed over for hvede Stripe Rust // Videnskab. V. 323, s. 1357-1360. 6. marts 2009.

Se også:
Melvin D. Bolton, James A. Kolmer, David F. Garvin. Hvedeblad rust forårsaget af Puccinia triticina (PDF, 255 Kb) // Molekylær plantepatologi. 2008. 9(5), 563-575.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: