Для достойного урожая пшеницы требуется крепкая пшеница. Однако посевы пшеницы часто поражаются грибковыми заболеваниями, например мучнистой росой. Уже несколько лет сотрудники УЗХ исследуют ген пшеницы, придающий устойчивость к мучнистой росе (Blumeria graminis f. sp. tritici). Ген, называемый геном устойчивости Pm3, существует в различных вариациях, так называемых аллелях. В предыдущих исследованиях исследователь растений Бит Келлер и его команда продемонстрировали, что отдельные аллели Pm3 способны придавать устойчивость к мучнистой росе. И все же один ген устойчивости может быстро потерять свою эффективность. Таким образом, когда дело доходит до селекции растений, важно сочетать несколько генов устойчивости. Это именно то, что исследователи из UZH теперь проверили в полевых испытаниях с использованием трансгенных линий пшеницы.
Сочетание двух вариаций Pm3 повышает устойчивость к мучнистой росе
Исследователи создали новые линии пшеницы путем скрещивания трансгенных линий Pm3 (см. вставку). Это привело к четырем новым линиям пшеницы, каждая из которых содержала две разные вариации гена Pm3. «Эти четыре новые линии пшеницы показали улучшенную устойчивость к мучнистой росе в полевых испытаниях по сравнению с их родительскими линиями в течение полевых сезонов с 2015 по 2017 год», - объясняет Тереза Коллер, ведущий автор исследования..
Никаких негативных последствий для урожайности пшеницы
Вернувшись в лабораторию, ученые доказали, что активность генов родительских линий суммируется во вновь созданных линиях. Каждый аллель Pm3 в четырех новых линиях проявлял ту же активность, что и в родительской линии, что приводит к увеличению общей активности, поскольку он происходит от двух разных вариантов генов.«Улучшенная устойчивость к мучнистой росе является результатом повышенной общей активности трансгена, а также комбинации двух вариаций гена Pm3», - резюмирует Тереза Коллер. Высокая общая активность генов устойчивости не оказала негативного влияния на развитие пшеницы и ее урожайность.
Применение в современной селекции пшеницы
Результаты этих испытаний улучшают наши общие знания об иммунной системе растений и, в частности, об устойчивости пшеницы к грибковым заболеваниям. Помимо вклада в фундаментальные исследования в области иммунной системы растений, результаты могут быть также применены в селекции пшеницы. Благодаря точному тестированию аллелей Pm3 выявляются лучшие вариации и комбинации, которые затем могут быть использованы непосредственно в традиционной селекции путем скрещивания их с современными сортами пшеницы.
Функция гена устойчивости Pm3
Ген Pm3 является «чертежом» белка, который может принимать сигналы в растительной клетке, т.е.е. рецептор. Он способен распознавать авирулентные белки, или сокращенно AvrPm3, мучнистой росы гриба. Рецептор запускает гибель растительной клетки, как только вредоносный гриб пытается ввести белок AvrPm3 в растительную клетку. Убивая атакуемую клетку, остальная часть растения защищена от грибка. Различные вариации гена Pm3 или аллели Pm3 кодируют разные вариации рецептора. Эти варианты рецепторов способны распознавать различные белки AvrPm3 мучнистой росы гриба.
Предыдущие исследования
проф. Бит Келлер и его команда идентифицировали различные вариации гена Pm3 в сортах пшеницы, устойчивых к мучнистой росе, со всего мира. Чтобы оценить функцию и эффективность различных вариаций гена Pm3, их генетически встроили в геном сорта яровой пшеницы Bobwhite. Пшеница Bobwhite не имеет собственного функционирующего гена Pm3 и очень восприимчива к мучнистой росе. Трансгенные линии пшеницы Bobwhite, каждая из которых содержит одну вариацию гена Pm3, оценивались в полевых испытаниях в рамках Национальной исследовательской программы NFP59 в период с 2008 по 2010 год. Результаты этих испытаний были опубликованы в 2011 и 2012 годах.