эксклюзив
Два предыдущих гена устойчивости возбудитель килы крестоцветных преодолел своими новыми и агрессивными штаммами.
Исследователи под руководством Чена Юйхана и Чжоу Цзяньмина из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук искали ответ, как улучшить сопротивление рапса киле, серьезному корневому заболеванию, которое угрожает продуктивности культур Brassica, сообщает Китайская академия наук.
Исследование раскрывает новые механизмы, лежащие в основе иммунитета растений, и обещает новые возможности для селекции сельскохозяйственных культур. Соответствующая статья была опубликована в журнале Cell.
Кила крестоцветных, почвенный патоген, наносит серьезный урон китайским рапсоводам. В Китае около 3,2–4 млн гектаров сельскохозяйственных угодий ежегодно поражается килой, что приводит к потере урожая на 20–30%.
Покоящиеся споры Plasmodiophora brassicae (Pb), возбудителя килы, жизнеспособны в почве до 20 лет, что делает загрязненную почву непригодной для выращивания культур семейства крестоцветных (Brassica).
На сегодняшний день в селекции устойчивых сортов использовали только два гена устойчивости к киле, и их эффективность была нарушена в результате появления новых вирулентных изолятов Pb.
В этом исследовании недавно идентифицированный ген устойчивости WTS придает устойчивость ко всем испытанным изолятам Pb, включая штаммы, вирулентные по отношению к существующим устойчивым сортам рапса.
Таким образом, WTS представляет собой ген устойчивости широкого спектра и обладает большим потенциалом для выведения устойчивости сельскохозяйственных культур к заболеваниям килы.
WTS не экспрессируется в отсутствие возбудителя. Однако при заражении Pb WTS сильно индуцируется исключительно в перицикле, критическом слое корневых клеток, окружающих стелу. Стела представляет собой цилиндрическую центральную сосудистую часть корня, содержащую важные ткани, включая ксилему и флоэму, которые необходимы для транспорта питательных веществ и воды.
У восприимчивых растений Pb проникает в стелу и колонизирует ее, блокируя транспорт жизненно важных ресурсов.
Экспрессия WTS в перицикле активирует защитные силы растений и предотвращает колонизацию стелы Pb. Таким образом, WTS определяется как защитный механизм, который активируется в нужном месте и в нужное время для обеспечения нормального роста и развития растений.
Кроме того, WTS кодирует новый белок, что показал структурный анализ: WTS самособирается в ранее неизвестную пентамерную архитектуру с центральной порой.
Ученые также выяснили, что белковый комплекс WTS функционирует как локализованный в эндоплазматическом ретикулуме канал высвобождения кальция, что способствует увеличивает содержание ионов кальция в цитозоле и является важным вторичным сигналом для активации защитных сил растений.
WTS кодирует ER-локализованный канал высвобождения Ca 2+, запуская иммунный ответ для защиты стелы от инвазии P.brassicae. Автор изображения: Ченг Ханъюань.
Интригующие механизмы устойчивости к болезням, обнаруженные исследователями, представляют собой новую парадигму иммунитета растений против почвенных патогенов.
Клонированный ген WTS дает новую надежду на выведение культур Brassica, устойчивых к разрушительной болезни, с которой иначе трудно бороться.
(Источник: Chinese Academy of Sciences).