Работая с коллегами-учеными из TSL, доктор Бранде Вульф из JIC разработал новую технологию под названием MutRenSeq, которая точно определяет расположение генов устойчивости к болезням в геномах крупных растений и которая сократила время, необходимое для клонирования этих генов в пшенице с 5 до 10 лет до двух.Эффективное использование этих генов устойчивости в пшенице может повысить урожайность во всем мире и значительно снизить потребность в агрохимических применениях.Ген устойчивости действует как простой замок, не позволяющий патогену заразить растение. Со временем, как выяснили многие селекционеры и гроверы, патогены могут адаптироваться, чтобы преодолеть отдельный ген устойчивости и заразить растение.
Стек из нескольких генов действует как многорычажный замок, из-за чего новым патогенам намного труднее уклоняться от защиты растений.Доктор Бранде Вульф сказал: «Задача всегда заключалась в том, чтобы найти достаточно генов устойчивости, чтобы создать эффективный мультигенный« стек »против вирулентных патогенов, таких как стеблевая ржавчина пшеницы и желтая ржавчина пшеницы, которые, если их не остановить, могут уничтожить посевы по всему миру. с появлением этой новой технологии создание нового сорта пшеницы с высокой устойчивостью к одному или нескольким из этих патогенов теперь в пределах досягаемости ».
Используя эту технологию, ученые могут очень быстро найти гены устойчивости сельскохозяйственных культур, клонировать их и объединить несколько генов устойчивости в один элитный сорт.MutRenSeq — это трехэтапный метод быстрого выделения генов устойчивости, основанный на (i) создании мутантов из устойчивых растений пшеницы дикого типа и идентификации растений с потерей устойчивости к болезням, (ii) секвенировании геномов как устойчивых растений дикого типа, так и тех, которые утратили устойчивость. и, наконец, (iii) сравнение этих генов у мутантов и диких типов для определения точных мутаций, ответственных за потерю устойчивости к болезням.Доктор Вульф сотрудничал с докторами Эвансом Лагудой и Сэмом Перияннаном из CSIRO Agriculture в Австралии, которые использовали химическое вещество (EMS), чтобы вызвать мутации в геномах устойчивых растений пшеницы дикого типа. Затем они проверили популяцию мутантов, инфицировав ее патогеном, чтобы выявить мутанты, которые больше не были устойчивыми.
Гипотеза заключалась в том, что все эти мутанты будут иметь общие мутации в общем гене, который должен быть геном устойчивости. Они сравнили последовательности мутантов друг с другом и искали перекрытие.
Секвенирование одного мутанта позволит идентифицировать несколько сотен мутаций, каждая из которых указывает на ген-кандидат.Однако при сравнении двух мутантов друг с другом и поиске совпадений список сокращается с нескольких сотен до нескольких.Сравнение трех или более мутантов позволило команде идентифицировать перекрытие только одного гена у восприимчивых растений пшеницы.
Д-р Вульф сказал: «С помощью MutRenSeq мы можем найти иголку в стоге сена: мы можем упростить поиск генов устойчивости, сведя с нуля 124 000 генов до одного гена-кандидата».В первом тестовом запуске MutRenSeq команда доктора Вульфа успешно выделила хорошо известный ген устойчивости, Sr33, за долю времени, которое раньше требовалось для этого с помощью традиционных методов разведения.
После этого успеха команда затем клонировала два важных гена устойчивости к стеблевой ржавчине, Sr22 и Sr45, которые ученым до сих пор не удавалось успешно выделить.По данным ООН Food Пшеница сельскохозяйственной организации (ФАО) выращивается на большей площади, чем любая другая коммерческая культура (примерно 240 млн га), и продолжает оставаться наиболее важным источником продовольственного зерна для людей.Фермеры на западе полагаются на пестициды для борьбы с патогенами в пшенице, но все меньше и меньше агрохимикатов доступно для использования из-за опасений по поводу их воздействия на окружающую среду. Фермеры в более бедных странах имеют ограниченный доступ или вообще не имеют доступа к этим химическим веществам и очень уязвимы для потерь, связанных с болезнями, которые могут привести к голоду и недоеданию.
По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), 31 страна в Восточной и Северной Африке, на Ближнем Востоке, в Центральной и Южной Азии, на которые приходится более 37 процентов мировых площадей производства пшеницы и 30% мирового производства, находится под угрозой. болезней пшеничной ржавчины, включая расу стеблевой ржавчины Ug99 и штамм желтой ржавчины Yr27.Альтернативой использованию пестицидов является повышение устойчивости сельскохозяйственных культур путем внедрения генов устойчивости из других сортов пшеницы в элитные сорта.
Доктор Вульф сказал: «Поиск и клонирование этих важнейших генов до сих пор было похоже на поиск иголки в стоге сена. Геном пшеницы огромен и содержит множество повторов.
Эта новая технология преобразит эту часть научного процесса.«Хотя следующий этап правильного объединения большого количества генов в сложный геном пшеницы нелегок и может занять время, появление этой новой технологии обнаружения генов привело к созданию одного или нескольких новых элитных сортов пшеницы с длительным сроком службы. ожидал прочной устойчивости к болезням гораздо ближе ».