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».

Дарья Спасская