эксклюзив
Международная группа ученых выяснила, какие гены можно позаимствовать у супер-сорта для селекции важнейшей мировой культуры
Пшеница – важная зерновая культура, подверженная влиянию различных биотических и абиотических стрессов. Абиотические факторы включают чрезмерную температуру, дефицит питательных веществ, ультрафиолетовое излучение, засуху, загрязнение и недостаток кислорода, биотические – атаки бактерий, вирусов, насекомых и грибов.
Например, преобладающий сапрофит фузариум остроспоровый (F. equiseti) – типичный почвенный патоген, вызывающий корневые гнили зимой, а также фузариоз у пшеницы.
Для преодоления патогенов или стрессов окружающей среды, растения активируют различные системы защиты. У них встроено несколько конститутивных и индуцибельных защитных механизмов, включая экспрессию различных генов в ответ на инфекцию вредителями / патогенами.
Растения запускают различные сигнальные пути вскоре после распознавания внешних изменений и превращают физический стресс в биохимический ответ. В результате они стимулируют экспрессию генов стресс-реакции.
В Пакистане выращивают 30 различных сортов пшеницы; из них 22 признаны высокоурожайными, а у – низкоурожайными. Шафак-2006 в настоящее время занимает основные пшеничные поля в Пакистане, поскольку проявляет устойчивость к тле и желтой ржавчине.
Международная группа исследователей из Пакистана, Саудовской Аравии, Тайваня и Китая сравнила реакцию топового сорта и более восприимчивого на заражение фузариозом. Эксперимент показал интересные результаты.
Семена двух сортов пшеницы, а именно Сафак-2006 и Сахар-2006 были собраны в Национальном центре сельскохозяйственных исследований (NARC), Исламабад. Семена замачивали в 75% этаноле на 3 мин для стерилизации поверхности и трижды тщательно промывали дистиллированной водой. Стерилизованные семена (восемь семян на горшок) высевали в пластиковые емкости на 21 день в камере для выращивания при 25 ° C, относительной влажности 80% и 14-часовом фотопериоде. F. equiseti использовали для стандартного системного метода инокуляции.
Кроме того, семена обоих сортов пшеницы также выращивали в неинокулированной почве (автоклавированная почва без инокуляции грибов), которая служила контролем. Растения орошали ежедневно для поддержания влажности почвы. Эксперимент включал в себя три повтора для каждой обработки, включая контроль. Уборка урожая производилась через 3 недели после посева.
Повреждения подсчитывали во время сбора урожая с использованием стандартного протокола и за всеми растениями внимательно наблюдали, чтобы рассчитать степень тяжести заболевания в процентах.
Оба сорта показали симптомы на листьях через 15–20 дней прорастания в почве, инокулированной F. equiseti. На контрольных растениях симптомы не проявлялись. Эти результаты подтверждают успешную системную инокуляцию гриба.
Шафак-2006 показал меньше симптомов болезни, чем Сахар-2006. И, напротив, большинство растений восприимчивого сорта (Сахар-2006) погибло по сравнению с устойчивым сортом (Шафак-2006). Для Шафак-2006 наблюдалось 2% больных растений, тогда как для Сахар-2006 было обнаружено 18,80% больных растений.
Этот эксперимент проводился для изучения степени тяжести заболевания и экспрессии генов, связанных с защитой пшеницы. Анализ тяжести заболевания показал, что Шафак-2006 устойчив, а Сахар-2006 — восприимчив к F. equiseti, хотя ранее не сообщалось о резистентности к грибам у Шафак-2006.
В этом эксперименте зафиксировано более высокое содержание пролина у инокулированного устойчивого сорта и снижение содержания пролина у инокулированного восприимчивого сорта. Известно, что для накопления пролина необходим определенный уровень стресса. В различных стрессовых условиях, например, при высокой засоленности, засухе и биотическом стрессе, пролин накапливается в высокой концентрации.
Также обнаружено, что содержание белка увеличивалось у инокулированного устойчивого сорта по сравнению с восприимчивым.
Анализ настоящих результатов показал, что содержание белка в Шафак-2006 было увеличено по сравнению с Сахар-2006 в контрольном, а также в стрессовом состоянии. При стрессе от инокуляции F. equiseti содержание белка в Сахар-2006 сильно снизилось и, напротив, в Шафак-2006 увеличилось на 68,07% по сравнению с сортом Сахар-2006.
Таким образом, очевидно, увеличение общего содержания белка играет важную роль в защите растений, как и сахара. Уровень сахара также коррелирует с реакцией на болезнь у многих растений, и считается, что высокий уровень отвечает за устойчивость к болезням.
Как правило, некоторые патогенные инфекции вызывают изменение скорости фотосинтеза и дыхательных путей, что вызывает колебания содержания сахара.
Увеличение общего содержания хлорофилла наблюдалось в инокулированном Шафак-2006, в то время как Сахар-2006 показал значительное снижение общего содержания хлорофилла по сравнению с Шафак-2006 после заражения F. equiseti.
Вывод. Сорт пшеницы Шафак-2006 более устойчив к F. equiseti, чем Сахар-2006. За это отвечает более высокая экспрессия генов PR-1, TLP, хитиназы и β-1,3-глюканазы.Эти сверхэкспрессированные гены помогли создать устойчивость к болезням, активируя защитный механизм и улучшая производство различных биохимических веществ, таких как белок, пролин, хлорофилл и содержание сахара, а также физиологические параметры, включая общую длину растений, длину побегов и корней, их свежую и сухую массу. Эти гены могут быть дополнительно использованы для клонирования в пшеницу и другие трансгенные культуры для развития устойчивости к фузариозу.
По статье группы авторов (Хаким Мангвар, Амджад Хуссейн, Гурбан Али, Мухаммад Хамза Салим, Муяссар Х. Абвалериш, Айша Алатави, Шафакат Али, Мухаммад Фарук Хуссейн Мунис), опубликованной в журнале Agronomy 2021 на портале www.mdpi.com.
Фото: pixabay.com.
Интересна тема? Подпишитесь на персональные новости в Я.ДЗЕН | Pulse.Mail.ru | Я.Новости | Google.Новости.
