Изучая сложные слои иммунитета кукурузы, являющейся одним из основных продуктов питания во всем мире, ученые определили ключевые гены, которые позволяют создавать удивительно разнообразные коктейли антибиотиков, которые можно производить в качестве защитных смесей против многочисленных возбудителей болезней. Биологи описывают, как они объединили множество научных подходов, чтобы четко определить 6 генов, которые кодируют ферменты, ответственные за производство основных антибиотиков кукурузы, которые, как известно, контролируют устойчивость к болезням.
Чтобы удовлетворить потребности растущего населения, сельскохозяйственное производство должно удвоиться в течение следующих 30 лет. Тем не менее, здоровье сегодняшних культур и обещание их урожайности сталкиваются с растущим списком угроз - от вредителей до хаотичных погодных явлений - что приводит к острой необходимости определения эффективных, естественных стратегий защиты растений.
Биологи имеют доступ к огромному количеству геномных и биохимических данных, но быстро расшифровать все биохимические пути, которые защищают ключевые сельскохозяйственные культуры глобального значения, остается серьезной проблемой. Ученые исследуют слои иммунитета кукурузы, основного продукта питания во всем мире, чтобы определить, существуют ли ключевые гены, которые позволяют создавать удивительно разнообразные коктейли антибиотиков, которые можно производить в качестве защитных смесей против многочисленных возбудителей болезней.
Теперь Ечжан Динг, Алиса Хаффакер и Эрик Шмельц из Калифорнийского университета в Сан-Диего и их коллеги разработали систематический и комбинированный подход к идентификации таких генов в защите растений.
«Нам нужно знать, какие механизмы защиты растений эффективны и что мы можем сделать для их поддержания или дальнейшего улучшения», - сказал Шмельц.«Соавторы и сотрудники в Китае уже берут некоторые гены кукурузы, которые мы охарактеризовали, и используют их для значительного повышения устойчивости риса к болезням».
Исторически сложилось так, что определение совершенно нового биохимического пути в сельскохозяйственных культурах требовало поэтапного прогресса и часто занимало большую часть всей исследовательской карьеры. В новом исследовании биологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего описывают, как они объединили множество научных подходов, чтобы четко определить шесть генов, кодирующих ферменты, ответственные за производство ключевых антибиотиков для кукурузы, которые, как известно, контролируют устойчивость к болезням.
Растения кукурузы, лишенные защиты от низкомолекулярных антибиотиков, полученных из скелета из 20 атомов углерода, известных как дитерпеноиды, обычно страдают от резкого повышения восприимчивости к грибковым заболеваниям.
«Большинство людей понимает, что сосны хорошо защищены липкими кислотными смолами, которые убивают или отпугивают большинство микробов и насекомых», - сказал Шмельц.«Мы описываем полный путь биосинтеза кукурузы, который также производит кислые смолы по требованию в месте поражения грибами. Интересно, что почти весь путь происходит от эволюционно недавних дупликаций генов из различных гормональных путей, связанных с ростом растений и метаболизмом человеческого тестостерона».
Одним из эволюционных шагов была сравнительно недавняя дупликация гена три миллиона лет назад из гормонального пути, ответственного за рост растений, называемого гиббереллином. На этапе, явно не заимствованном из биосинтеза гормонов, два весьма неразборчивых окислительных фермента (с широкой специфичностью к субстрату и продукту), названные цитохромами P450, были охарактеризованы как вызывающие уникальные реакции, отличные от известных путей хвойных. В общей сложности было использовано более 2000 образцов растений, каждый из которых содержит 36 861 транскрипт, охватывающий 300 различных линий кукурузы, чтобы систематически отобрать кандидатов и определить путь действия антибиотиков, эффективных против грибковых патогенов.