Стобовая ржавчина - разрушительное заболевание пшеницы, которое веками вызывало голод и подрывало экономику во всем мире.
Один конкретный штамм грибка стеблевой ржавчины, получивший название «Ug99», угрожает мировым поставкам пшеницы, поскольку он может поразить более 80% всех сортов, выращиваемых по всему миру. Способность Ug99 поражать так много сортов пшеницы приводила в замешательство ученых и фермеров с момента его открытия в Африке два десятилетия назад.
Теперь группа исследователей раскрыла основу широкой вирулентности Ug99, изучив геном патогена. Они определили, что способность патогена поражать так много пшеницы можно проследить до редко наблюдаемого явления, когда два разных штамма ржавчины сливаются вместе и обмениваются интактными ядрами. Это событие создает гибридный штамм с более широким кругом хозяев, чем его первоначальные родители.
Это исследование впервые предоставило убедительные данные по всему геному о том, что это событие, называемое «соматической гибридизацией», у ржавчинных грибов может генерировать новые комбинации вирулентности. Это также помогает объяснить внезапное появление Ug99 в Африке.
«Ug99 представляет собой непосредственную угрозу глобальной продовольственной безопасности из-за его широкой вирулентности и способности легко распространяться по континентам и океанам, заражая отдаленные посевы пшеницы», - сказал соавтор исследования Брайан Стеффенсон, профессор патологии растений в Колледж пищевых наук, сельского хозяйства и природных ресурсов Миннесотского университета (CFANS).
Нам уже давно известно, что грибок стеблевой ржавчины очень изменчив, но молекулярная основа этой изменчивости была недостаточно изучена. Это исследование документирует на геномном уровне один важный механизм того, как возбудители ржавчины изменяют свой репертуар вирулентности в природе».
Открытие подробно описано в статье, опубликованной в четверг в журнале Nature Communications. В исследовательскую группу входили ученые из Университета Миннесоты, Организации научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO), Австралийского национального университета и Университета Свободного государства в Южной Африке.
«Эта информация будет иметь решающее значение для расшифровки генетической основы и эволюции вирулентности ржавчины на пшенице, а также для мониторинга глобальных перемещений патогена», - сказала Ева Хеннингсен, аспирант Университета Миннесоты по патологии растений.
Проанализировав последовательности ДНК двух отдельных ядер, присутствующих в Ug99 и другом, более известном штамме африканской стеблевой ржавчины, называемом Pgt21-0, исследователи обнаружили, что:
- одно из двух ядер в Ug99 было почти идентично одному из Pgt21-0;
- приобретение этого ядра у Ug99 произошло после соматического слияния с другим штаммом ржавчины, возможно, Pgt21-0, что привело к созданию уникального гибрида, еще более вирулентного и опасного для пшеницы, чем его родительские штаммы.
«Как специалисты по растениям, мы всегда ищем преимущества перед стеблевой ржавчиной, чтобы вывести культуры с более длительной устойчивостью», - сказал Фэн Ли, доктор философии из Миннесотского университета. студент и совместный первый автор исследования. «Данные, полученные в результате этого исследования, дадут нам новое представление о том, как появился Ug99, угрожающий пшенице во всем мире».
Помимо практических последствий исследования, исследователи говорят, что они были удивлены, узнав, что гибридизация и обмен ядрами были основой для изменения вирулентности Ug99. Эти события считались редкостью в природе.
«Это был один из тех удивительных моментов в науке, когда вы останавливаетесь и думаете о том, как много еще предстоит узнать о природе», - сказала бывший профессор Университета Миннесоты Мелания Фигера, руководитель группы CSIRO.