Проект по повышению устойчивости зерновых культур к грибным заболеваниям доказывает перспективность технологии редактирования генов.

Мучнистая роса — это разрушительное грибное заболевание ячменя, которое может привести к потере урожая до 40%. Для защиты от мучнистой росы ячмень выработал ряд иммунных рецепторов, каждый из которых распознает соответствующие штаммоспецифичные белки мучнистой росы, известные как эффекторы.

Это событие распознавания обеспечивает устойчивость, поэтому выводы, полученные в ходе изучения этого взаимодействия, могут быть использованы учеными для повышения устойчивости ячменя и родственных ему видов, таких как пшеница, к этому дорогостоящему заболеванию.

Теперь, используя передовые технологии, ученые из Института исследований селекции растений Макса Планка (MPIPZ) в Кельне, Германия, преуспели в определении структуры, образованной одним иммунным рецептором, называемым MLA13, в комплексе с соответствующим ему грибным эффектором, AVRA13-1. Их выводы опубликованы в журнале EMBO Journal.

Исследователи под руководством Пола Шульце-Леферта из MPIPZ, Элмара Берманна из Кельнского университета и Цзицзе Чай из Университета Вестлейк в Ханчжоу, Китай, использовали технику криогенной электронной микроскопии (крио-ЭМ). В крио-ЭМ образцы охлаждаются до криогенных температур, а структуры биологических образцов, таких как белки, сохраняются путем погружения в аморфную форму льда.

Полученная структура с атомным разрешением показывает, как взаимодействуют друг с другом иммунный рецептор растения и эффектор гриба, а также структуру, принятую эффектором гриба.

Эти идеи позволили первому автору Аарону В. Лоусону разработать новую версию другого иммунного рецептора, MLA7, который распознает эффектор, называемый AVR A7. Последовательности иммунных рецепторов MLA очень похожи друг на друга, что также относится к MLA7 и MLA13.

Таким образом, Лоусон и его соавторы задались вопросом, могут ли они, основываясь на структуре MLA13-AVR A13 -1, изменить специфичность распознавания MLA7. Действительно, изменив всего одну аминокислоту в последовательности белка MLA7, авторам удалось сконструировать новую версию MLA7, которая теперь распознает AVR A13 -1, сохранив при этом распознавание AVR A7.

Селекция растений традиционно включает в себя кропотливые и длительные скрещивания для получения растений с желаемым сочетанием различных признаков. Однако гриб, вызывающий мучнистую росу на ячмене, очень быстро диверсифицируется, что означает, что традиционные методы селекции не могут поспевать за появлением новых, вирулентных вариантов грибка.

Демонстрируя, как можно сконструировать иммунные рецепторы для изменения или расширения их специфичности (метод, который гораздо точнее и быстрее традиционной селекции), авторы исследования показывают, как структурно-управляемое редактирование генов таких рецепторов может стать эффективным инструментом для защиты ячменя от болезней и обеспечения продовольственной безопасности.

Гены, кодирующие иммунные рецепторы MLA, эволюционировали у общего предка семейства злаковых, включающего родственные виды ячмень, пшеницу, овес и рожь, и обнаружены в каждом из этих злаков. Поскольку иммунные рецепторы MLA также могут обеспечивать иммунитет к другим микробным патогенам, таким как ржавчинные грибы и гриб пирикуляриоза риса, генетически отредактированные рецепторы MLA имеют потенциал для защиты этих основных культур от множества экономически значимых заболеваний.

agroxxi.ru

Прогноз биржевых цен на 18 февраля 2025