Исследователи разработали новый метод, который позволяет им быстро привлекать гены устойчивости к болезням из диких растений и переносить их в домашние культуры.

Методика под названием AgRenSeq или ускоренное клонирование была разработана исследователями Центра Джона Иннеса вместе с коллегами в США и Австралии для ускорения борьбы с патогенами, которые угрожают продовольственным культурам во всем мире.

Это позволяет исследователям искать генетическую «библиотеку» генов устойчивости, обнаруженных у диких сородичей современных сельскохозяйственных культур, чтобы они могли быстро идентифицировать последовательности, связанные со способностью бороться с болезнями .

Оттуда исследователи могут использовать лабораторные методы для клонирования генов и внедрения их в элитные сорта домашних культур, чтобы защитить их от патогенных микроорганизмов и вредителей, таких как ржавчина, мучнистая роса и гессенская муха.

По словам доктора Бранде Вульфа, лидера проекта в Центре Джона Иннеса, делая культуры более устойчивыми к болезням, AgRenSeq поможет повысить урожайность и сократить использование пестицидов .

«Наличие быстрого клонирования в нашем инструментарии означает, что элитные культуры можно сделать более эластичными, что означает более высокую урожайность и меньшую зависимость от пестицидов для защиты сельскохозяйственных культур», — говорит он.

«Мы нашли способ сканировать геном дикого родственника сельскохозяйственного растения и выбрать гены устойчивости, которые нам нужны: и мы можем сделать это в рекордно короткие сроки. Раньше это был процесс, который занимал десять или 15 лет и был как поиск иголки в стоге сена. Теперь мы можем клонировать эти гены за считанные месяцы и за тысячи фунтов вместо миллионов ».

Исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Biotechnology, показывает, что AgRenSeq был успешно опробован на диком родственнике пшеницы — исследователи идентифицировали и клонировали четыре гена устойчивости к разрушительному патогену стеблевой ржавчины в течение нескольких месяцев. Этот процесс легко займет десятилетие с использованием обычных средств.

Работа с дикой пшеницей используется в качестве доказательства концепции, подготавливая почву для метода, который будет использоваться для защиты многих культур, имеющих диких сородичей, включая сою, горох, хлопок, кукурузу, картофель, пшеницу, ячмень, рис, банан. и какао.

Современные элитные культуры в поисках более высоких урожаев и других желательных агрономических признаков утратили большое генетическое разнообразие, особенно из-за устойчивости к болезням.

Повторное внедрение генов устойчивости к болезням от диких сородичей является экономически и экологически устойчивым подходом к селекции более устойчивых культур. Однако интрогрессия этих генов в сельскохозяйственные культуры является трудоемким процессом с использованием традиционных методов селекции.

Это связано с тем, что дикие сородичи содержат множество неосуществимых агрономических признаков, таких как длительное время генерации и дробление семян, которые чрезвычайно затрудняют объединение их с элитными сортами.

Новый метод объединяет высокопроизводительное секвенирование ДНК с современной биоинформатикой.

Это смесь двух технологий: генетики ассоциации, которая позволяет исследователям выявлять ассоциации между областями генома и устойчивыми к болезням признаками у многих отдельных растений; и захват последовательности, который позволяет нацеливаться на определенные области генома, кодирующие белки иммунного рецептора. Это делает его рентабельной альтернативой секвенированию всего генома.

Чтобы проверить метод, команда собрала панель разнообразия из 151 штамма травы под названием Aegilops tauschii. Родоначальник современной пшеницы, этот дикий родственник внес столб D-генома в хлебную пшеницу.

Население содержит множество болезней, борющихся с генетическим разнообразием, выведенным из элитных одомашненных сортов.

Команда привила популяцию дикого родственника возбудителю стеблевой ржавчины и проверила растения, чтобы выявить устойчивые и восприимчивые к болезни. Сопоставляя эту информацию с последовательностями ДНК растений, они смогли выявить идентичность генов функциональной устойчивости в популяции.

«Сейчас у нас есть библиотека генов устойчивости к болезням, и мы разработали алгоритм, который позволяет исследователям быстро сканировать эту библиотеку и находить гены функциональной устойчивости», — объясняет д-р Сану Арора, первый автор статьи.

Лаборатория доктора Вульфа также является пионером в технике скоростной селекции, которая использует улучшенное светодиодное освещение для ускорения генетического улучшения сельскохозяйственных культур. Он видит AgRenSeq как идеальную дополнительную технологию.

«Это кульминация мечты, результат многолетней работы. Наши результаты показывают, что AgRenSeq — это надежный протокол для быстрого обнаружения генов устойчивости из генетически разнообразной группы родственников дикой культуры», — говорит он.

«Если у нас завтра эпидемия, мы можем пойти в нашу библиотеку и привить этот патоген через нашу панель разнообразия и выбрать гены устойчивости. Используя быстрое клонирование и быстрое размножение, мы могли бы доставить гены устойчивости в элитные сорта в течение нескольких лет, как Феникс восстает из пепла «.

Исследование, финансируемое BBSRC, появляется сегодня в статье « Nature Biotechnology» : гены устойчивости клонируются из дикого родственника по генетике захвата последовательности и ассоциации.