Причиной устойчивости пшеницы к грибку стал ген другого грибка

После расшифровки генома дикорастущего дальнего родственника
пшеницы китайским ученым удалось идентифицировать ген, который придает злакам
устойчивость к грибку Fusarium.
Оказалось, что ген Fhb7 кодирует фермент, который нейтрализует токсины грибка
путем их химической модификации. Скрещивание с дальним родственником и перенос
генетического локуса помогли получить пшеницу, устойчивую к фузариозу,
утверждается в статье в Science.

Аскомицетовые грибы рода Fusarium
— распространенные вредители сельскохозяйственных культур. В частности, Fusárium gramineárum паразитирует на пшенице, вызывая фузариоз
колоса. В процессе жизнедеятельности грибок не просто уничтожает зерно, но и вырабатывает
токсины из группы трихотеценов, которые, в том числе, подавляют синтез белка.
Эти токсины ядовиты для человека и животных и делают уцелевшее зерно
непригодным для использования в пищу.

Хотя и существуют устойчивые к фузариозу сорта
пшеницы, они не так широко распространены. В некоторых регионах России фузариоз колоса до сих пор поражает до 15
процентов урожая пшеницы. Устойчивые сорта были получены в том числе путем
скрещивания с дикорастущими родственниками пшеницы, но по какому механизму
обеспечивается защита от грибка, было до сих пор неизвестно.

Китайские ученые из
сельскохозяйственного университета Шаньдуна обнаружили ген устойчивости к
фузариозу и расшифровали механизм этой устойчивости. Исследователи прочитали и собрали
геном дикорастущего родственника культурной пшеницы Thinopyrum elongatum, который обладает
природной устойчивостью к грибку. Анализируя геном, ученые предположили, что она
обеспечивается наличием гена Fhb7, кодирующего фермент глутатионтрансферазу. Судя
по всему, Thinopyrum позаимствовал
этот ген у другого паразитического грибка травянистых растений, Epichloe aotearoae,
и получил его путем горизонтального переноса. В царстве растений похожего гена
ни у кого найти не удалось.

При помощи направленного и случайного мутагенеза гена Fhb7
удалось подтвердить, что именно он защищает растения от фузариоза. Поливая
устойчивые растения трихотеценами и анализируя при помощи хроматографии
получившиеся соединения, исследователи выяснили, что фермент модифицирует эпоксигруппы
токсинов, навешивая на них молекулу глутатиона. После этого трихотецены теряют
свою токсичность.

Перенос в пшеницу генетического локуса, содержащего Fhb7, при
помощи дальнородственного скрещивания с Thinopyrum,
действительно сделал злак устойчивым не только к фузариозу колоса, но и к
корневой гнили, вызываемой родственным грибком Fusárium pseudogramineárum, а также к грибку Fusárium
asiaticum 
— основному возбудителю фузариоза пшеницы в южном Китае. При этом
исследователи отметили, что урожайность злака после гибридизации не упала.

Хотя в этой работе ученые
использовали традиционные методы получения устойчивых сортов пшеницы, то есть
скрещивание, по мнению биотехнологов, сельское хозяйство давно ждет появления
генетически модифицированных сортов пшеницы, устойчивых к болезням. Тем не
менее, на рынок ни один такой сорт еще не попал. Почему так происходит, читайте
в нашем материале «Можно без хлеба».

Поделиться: