Ген грибка-убийцы может стать ключом к контролю болезней растений

Фото из открытых источников

Критический ген, который приводит к синтезу белка, известного как Knr4, может быть ключом к тому, что делает некоторые грибковые патогены такими вирулентными. Сосредоточение профилактических стратегий на отключении или модификации этого гена или белка, который он кодирует, может обеспечить новые пути для контроля заболеваний.

В новом исследовании ученые из Rothamsted Research в партнерстве с Университетом Бата и Университетом Эксетера впервые использовали комбинированное моделирование патогена-хозяина для картирования взаимодействия заболевания зерновых Fusarium. Это моделирование рассматривает гены, которые активны во время инфекции, и прослеживает их до белков, которые вызывают инфекцию. Исследование размещено на сервере препринтов bioRxiv.

Начав с генома из более чем 14 000 генов, этот целевой подход определил белок Knr4 как критический фактор заражения фузариозом колоса (FHB) и пятнистостью септориоза (STB) — двумя наиболее распространенными заболеваниями пшеницы. Knr4 участвует в регуляции скорости роста и чувствительности к стрессу и, по-видимому, необходим для полной вирулентности фузариума.

Удаление гена у Fusarium привело к полной неспособности патогена распространяться в колосе пшеницы, а аналогичное удаление также привело к снижению вирулентности Septoria.

«Этот белок есть только в грибах, а не в растениях или животных», — сказала доктор Эрика Кролл, которая руководила исследованием. «Это означает, что если мы нацелимся на Knr4, мы сможем снизить инфекционность патогенных грибков, не нанося вреда урожаю пшеницы, себе или другим животным. Это может стать переломным моментом в борьбе с этими серьезными патогенами».

Кролл считает, что этот подход к открытию генов лучше всего рассматривать как исследование карты города, где дороги соединяют ключевые места, такие как дома, магазины, рабочие места и зоны отдыха. В биологической сети связи представляют собой взаимодействия между генами.

Так же, как некоторые перекрестки в городе имеют решающее значение для транспортного потока, определенные гены служат важными «узлами» в грибковой сети. Если один из этих важных генов нарушается, например, Knr4, сеть разрушается, останавливая способность грибка выживать и распространяться.

Пять крупнейших мировых причин потерь урожая и качества пшеницы — это грибковые заболевания, в том числе фузариоз колоса (FHB) и пятнистость Septoria tritici (STB), каждая из которых составляет около 2–3% потерь пшеницы в мире. С ростом проблем в борьбе с грибками и ужесточением ограничений на использование фунгицидов из-за экологических проблем возникает острая необходимость в инновационных стратегиях контроля.

Это может быть достигнуто путем разработки химических фунгицидов, которые нарушают функцию белка, или путем применения методов РНК-интерференции, которые снижают экспрессию генов грибка. Более строгое регулирование фунгицидов способствует росту устойчивости патогенов, поскольку для контроля можно использовать меньше химикатов.

«Существует острая необходимость в выявлении новых целевых участков для контроля. Это исследование не только расширяет наше понимание механизмов, необходимых для полной вирулентности грибка, но и предлагает перспективные направления для разработки эффективных стратегий контроля заболеваний в сельском хозяйстве», — сказал Кролл.

Ген Knr4 был первоначально исследован в модельном дрожжевом грибке Saccharomyces crevisiae и был назван Knr4, что является сокращением от killer nine resistent. Это связано с тем, что было обнаружено, что сверхэкспрессия гена Knr4 в этом виде дрожжей связана с устойчивостью к токсину killer nine, вырабатываемому диким видом дрожжей.