Miltrasa ir plaši izplatīta miežu sēnīšu slimība mērenā klimatā, piemēram, lielā daļā Eiropas, un tā var izraisīt ražas zudumus līdz pat 40 procentiem. Lai aizsargātu pret miltrasu, evolūcija ir aprīkojusi miežus ar daudziem imūnreceptoriem, no kuriem katrs ļoti specifiski atpazīst miltrasas proteīnu, ko sauc arī par efektoru, kas atrodas tikai vienā ģenētiski daudzveidīgas miltrasas populācijas celmā. Šo imūnreceptoru pamatprincipi ir augu rezistences gēni, ko augu selekcionāri gadu desmitiem selekcijas programmu ietvaros ir krustojuši kultūraugos no savvaļas formām. Pašreizējā pētījuma rezultāti varētu palīdzēt zinātniekiem padarīt miežus un radniecīgas sugas, piemēram, kviešus, izturīgākus pret šo slimību. Maksa Planka Augu selekcijas pētniecības institūta (MPIPZ) pētniekiem Ķelnē tagad ir izdevies noteikt imūnreceptora, ko sauc par MLA13, struktūru kompleksā ar atbilstošo sēnīšu efektoru AVRA13-1. Rezultāti tagad ir publicēti EMBO žurnālā.
Pētnieki, kurus vadīja Pols Šulce-Leferts no Maksa Planka Molekulārās bioloģijas institūta (MPIPZ), Elmārs Bērmans no Ķelnes Universitātes un Džidzje Čai no Vestleikas Universitātes Handžou, Ķīnā, izmantoja krioelektronu mikroskopiju (krio-EM). Krio-EM procesā paraugi tiek ātri sasaldēti kriogēnās temperatūrās, lai saglabātu olbaltumvielu trauslās struktūras ar to dabisko locīšanos. Atomārās izšķirtspējas iegūtā struktūra parāda, kā auga imūnreceptors un sēnītes efektors cieši saistās viens ar otru, un struktūru, ko sēnītes efektors šajā procesā pieņem.
Šie rezultāti ļāva pirmajam autoram Āronam V. Losonam izstrādāt sintētisku cita imūnreceptora MLA7 versiju, kas atpazīst sēnīšu efektoru, ko sauc par AVRA7. MLA imūnreceptoru sekvences ir ļoti līdzīgas, tostarp MLA7 un MLA13 sekvences. Tāpēc Losons un viņa līdzautori vēlējās noskaidrot, vai viņi varētu izmantot MLA13-AVRA13-1 struktūru, lai mainītu MLA7 atpazīšanas specifiskumu. Patiešām, mainot vienu aminoskābi MLA7 proteīna secībā, autoriem izdevās izstrādāt jaunu MLA7 versiju, kas tagad atpazīst AVRA13-1, bet joprojām atpazīst arī AVRA7.
Augu selekcijā tradicionāli ir nepieciešami laikietilpīgi krustojumi, lai iegūtu augus ar vēlamo pazīmju kombināciju.
Sēne, kas Miltrasa Tomēr sēnīšu patogēns, kas izraisa miežus, nedēļas laikā var vairoties ar daudziem pēcnācējiem, ātri radot jaunus sēnīšu celmus ar izmainītiem efektoriem. Tradicionālās metodes, ko izmanto augu selekcionāri un rezistences selekcija, nespēj sekot līdzi sēnīšu patogēna virulentu variantu parādīšanās tempam.
Pētījuma rezultāti parāda, kā imūnreceptorus var specifiski modificēt, lai mainītu vai paplašinātu to specifiskumu. Šo olbaltumvielu struktūru pārzināšana ļauj modificēt šo receptoru ģenētiskos plānus, izmantojot gēnu rediģēšanu, lai mieži būtu aizsargāti pret vairākiem miltrasas celmiem.
MLA imūnreceptorus kodējošie gēni ir cēlušies no kopīga senča, pie kura pieder arī radniecīgie graudzāles mieži, kvieši, auzas un rudzi. Šie gēni ir sastopami katrā no šīm labībām. Tā kā MLA imūnreceptori var aizsargāt arī pret citiem plaši izplatītiem sēnīšu patogēniem, piemēram, rūsu un rīsu spraigumu, gēnu rediģētiem rezistences gēniem ir potenciāls kalpot par plaša spektra MLA receptoru projektu. Tas varētu padarīt šīs pamatkultūras izturīgākas pret dažādām ekonomiski nozīmīgām slimībām.
oriģinālās publikācijas
Lasīt arī
Zāles barība piena govīm: vairāk olbaltumvielu un veselīgāka vide | Pugnalom
Pētnieku komanda atklāj galveno gēnu toksiskam alkaloīdam miežos | Pugnalom
