Секрет долголетия ночницы.

Биологи уже давно считают, что продолжительность жизни животного определяется очень просто: чем оно больше, тем дольше живет.

Аналитический обзор понятия генов устойчивости пшеницы

Материалы по биологии и химии / Молекулярно-генетические методы для выявления генов устойчивости пшеницы / Аналитический обзор понятия генов устойчивости пшеницы

Страница 1

В начале XX века Н.И. Вавилов начал свою научную деятельность с изучения устойчивых к заболеваниям сортов культурных пшениц. Это была задача чрезвычайной важности, так как от фитопаразитов, в частности ржавчины и мучнистой росы, погибает около 30% урожаев пшеницы. Эти болезни вызываются грибами, их распространение в иные годы приводит к эпифитотиям (по аналогии с эпизоотиями и эпидемиями), когда погибает урожай целых регионов. Вавилов предлагал выявлять природные устойчивые сорта и скрещивать их с культурными, высокопродуктивными растениями. В поисках резистентных сортов Вавилов предпринял несколько экспедиций в Центральную Азию, и в этих экспедициях, как мы помним, сформулировал принципы очагов происхождения культурных растений и законы гомологических рядов. Там же, в очагах происхождения, нашлись и резистентные культурные, и дикие сорта. Далее последовала селекционная работа на опытных полях, и в результате удалось вывести целый ряд устойчивых к заболеваниям сортов культурных растений.

За сто лет целенаправленной генетической работы по выведению резистентных сортов культурных растений не изменилась постановка задачи и не снизилась ее актуальность. Зато стали совсем другими методы работы генетиков. Точные прочтения генетических карт выявили множество генов, ответственных за устойчивость к заболеваниям: сейчас известно около ста генов, участвующих в защите растения от ржавчинных грибов. Изучаются биохимические механизмы, ответственные за устойчивость, получена богатая информацию о самом процессе взаимодействия в системе «паразит-хозяин» у культурных растений.

Вся эта информация позволила различить два типа устойчивости растений к паразитам: вертикальную и горизонтальную. Вертикальная устойчивость основана на точечном механизме защиты, когда растение прицельно разрушает тот или иной белок гриба-паразита. Эта защита получила название «ген-на-ген» (gene-for-gene), то есть против одного гена паразита работает один защитный ген хозяина. Ясно, что этим способом растение конкретной линии или сорта может защититься от одного конкретного заболевания. Такая защита обычно чрезвычайно эффективна, но . недолговечна. Потому что стоит паразиту чуть-чуть изменить свой ген, как белок хозяина уже перестанет его узнавать, и средство защиты оказывается недейственным. Такая вот гонка в поисках «абсолютного оружия». Генетик в данном случае стоит на стороне культурных растений и вынужден всё время настраивать генетическую защиту: искать или конструировать новые гены, вести селекцию или внедрять сконструированные эффективные гены в геном растений. Всё это кропотливая, долгая и дорогостоящая работа.

Но есть другой тип устойчивости к заболеваниям - горизонтальный. И сами растения пользуются именно этим способом, так как он более надежен и стабилен и работает против нескольких вредителей. Ведь, несмотря на тысячелетия своей вредоносной деятельности, ржавчинные грибы всё же не истребили культурные пшеницы. Стабильная защита обеспечивается множеством генов, хотя этот комплекс не означает стопроцентно здоровых урожаев. Определенная часть листьев всё же поражается грибом, какая-то часть растений всё же отмирает. Поэтому этот тип защиты называется еще количественным. На сегодняшний день известен ряд генов, принимающих участие в горизонтальной резистентности. Среди них гены хорошо известного семейства Lr (leaf rust - листовая ржавчина), которые работают как у проростков, так и у взрослых растений. Количественную, или горизонтальную, устойчивость обеспечивают также гены Yr (yellow rust - желтая ржавчина), Pm (powdery mildew - мучнистая роса) и др. Механизм количественной защиты пока неясен. Актуальность его выяснения очевидна.

Выяснению механизма количественной защиты посвящены работы в последнем выпуске журнала Science. Одна из них, выполненная учеными из США и Израиля под руководством Даолин Фу (Daolin Fu) и Хорхе Дубковски (Jorge Dubcovsky) с кафедры ботаники Калифорнийского университета в Дэвисе, дает информацию о работе гена из семейства Yr. Другая, выполненная международной командой из Цюрихского университета (Швейцария), научно-промышленной исследовательской организации CSIRO Plant Industry (Канберра, Австралия) и Международного центра по разведению кукурузы и пшеницы (Мехико, Мексика), раскрывает механизм работы одного гена из семейства Lr.

Ген Lr34, ставший объектом внимания швейцарско-австралийско-мексиканской командой генетиков, экспрессируется и у зародышей, и у взрослых растений в листьях. Но в основном его экспрессия в листьях взрослых растений обеспечивает устойчивость от ржавчинных грибов. Генетики изучили нуклеотидную последовательность и структуру локуса, к которому принадлежит этот ген, и выдвинули вполне приемлемую гипотезу о его работе в клетке. Они предположили, что ген Lr34 кодирует белок, который транспортирует через мембрану различные молекулы. Похожий белок (PEN3) имеется и у знаменитого арабидопсиса. PEN3, так же как и LR34, выполняет функцию транспорта через мембрану и придает резистентность к возбудителю мучнистой росы. У арабидопсиса при заражении мучнистой росой PEN3 снижает транспорт растительных метаболитов.