В гонке за предотвращение и борьбу с эпидемиями ржавчины ученые поставили перед собой задачу лучше понять, как грибы ржавчины заражают сельскохозяйственные культуры и приобретают вирулентность. После использования новейших технологий секвенирования генома, чтобы понять, как грибы ржавчины адаптируются к преодолению устойчивости сортов сельскохозяйственных культур, ученые из Университета Миннесоты, Лаборатории болезней зерновых USDA-ARS, Австралийского национального университета, Организации научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO) и Сиднейский университет выпускает результаты с двумя публикациями в mBio, журнале Американского общества микробиологии.
Ущерб, наносимый грибками ржавчины, является серьезным препятствием для производства продуктов питания во всем мире. Эти разрушительные патогены поражают зерновые и многие другие важные культуры, такие как кофе, сахарный тростник и соя. Традиционные подходы с использованием фунгицидов могут быть дорогими и сопряжены с затратами на окружающую среду и здоровье. Генетическая устойчивость в развитии сельскохозяйственных культур часто является лучшей стратегией борьбы с болезнями для предотвращения вспышек ржавчины. Однако генетическая устойчивость сортов сельскохозяйственных культур часто подавляется появлением новых штаммов ржавчины, превращая ранее устойчивые к болезням сорта растений в полностью уязвимые. Совместная исследовательская группа США и Австралии создала первые последовательности генома с разрешением гаплотипов для ржавчинных грибов, вызывающих корончатую ржавчину овса и полосатую ржавчину пшеницы, двух наиболее разрушительных патогенов для овса и пшеницы соответственно.
«Как и люди, грибы ржавчины содержат две копии каждой хромосомы, что делает их генетику намного более сложной, чем у других видов грибов», - сказала доцент Мелания Фигероа из Университета Миннесоты. Фигероа руководил секвенированием грибка корончатой ржавчины овса P. coronata f. сп. avenae вместе с Шахрияром Кианианом, научным руководителем лаборатории болезней зерновых USDA-ARS и адъюнкт-профессором Миннесотского университета. «Ключевым достижением этой работы является то, что впервые были созданы отдельные сборки генома, отражающие обе из двух копий хромосом в ржавчине».
Параллельно с этим научный сотрудник с докторской степенью Бенджамин Швессингер и профессор Джон Ратьен из Австралийского национального университета применили аналогичные подходы для разработки улучшенной сборки генома грибка полосатой ржавчины P. striiformis f. сп. тритич. Работая вместе, две команды смогли объединить свои методы и знания для достижения этих прорывов гораздо быстрее, чем работая поодиночке.
Эти исследования представляют собой прорыв в патологии растений, поскольку теперь они показывают, как генетическое разнообразие между двумя копиями хромосом может влиять на появление новых штаммов вирулентных патогенов.
Оба исследования выявили удивительно высокий уровень разнообразия между двумя копиями, предполагая, что такие различия, вероятно, служат основой для быстрого развития новых штаммов ржавчины. «Сообщения от производителей, столкнувшихся с потерей урожая из-за корончатой ржавчины овса, поступают в течение большинства сельскохозяйственных сезонов, и геномные сборки этого патогена помогут нам понять эволюцию этого патогена и средства для создания более устойчивых культур», - сказал Кианиан, который координирует ежегодные исследования по ржавчине. в США для мониторинга популяции патогенов в районах выращивания овса. В исследовании геномики корончатой ржавчины овса сравнивались два штамма из Северной Каролины и Южной Дакоты с разными профилями вирулентности, которые были получены в 2012 году в рамках стандартного исследования ржавчины USDA-ARS..
Первый автор этой публикации, Мариса Миллер, является лауреатом престижной стипендии USDA-NIFA Postdoctoral Fellow и недавно приступила к исследованию, сравнивающему геномный состав штаммов корончатой ржавчины овса, собранных в 1990 и 2015 годах.«За последние 25 лет популяция корончатой ржавчины овса приобрела дополнительную вирулентность, и мы хотели бы понять, как это произошло. Работа Миллера имеет важное значение для ответа на этот вопрос», - прокомментировал Фигероа.
"Корончатая ржавчина овса является одним из наиболее быстро развивающихся возбудителей ржавчины", - объяснил адъюнкт-профессор Университета Миннесоты Питер Доддс из CSIRO по сельскому хозяйству и продовольствию. «Таким образом, эта работа действительно поможет понять, как новые болезни ржавчины, такие как очень разрушительная раса Ug99 стеблевой ржавчины пшеницы, могут преодолевать устойчивость сельскохозяйственных культур».
Публикации, описывающие работу с патогенами корончатой ржавчины овса и полосатой ржавчины пшеницы, выпущенные в текущем выпуске mBio, послужат основой для будущих исследований эволюции вирулентности этих патогенов, а также для применения подобных подходы к грибкам ржавчины, вызывающим многие другие основные болезни сельскохозяйственных культур.
Исследование корончатой ржавчины овса было поддержано Стандартным соглашением о сотрудничестве Министерства сельского хозяйства США, ARS и Университета Миннесоты (3002-11031-00053115), Экспериментальной станцией Университета Миннесоты. проект MIN-22-058) и Организация экономического сотрудничества и развития, Премия стипендии Министерства сельского хозяйства США и Национального института продовольствия и сельского хозяйства (2017-67012-26117), CSIRO Office главного исполнительного стипендиата докторантуры, Австралийская Корпорация развития исследований зерна (грант № US00067) и Северная исследовательская станция Лесной службы Министерства сельского хозяйства США.