Forskere løser 30 år gammelt mysterium om, hvordan resistensgener spredes

I mere end tre årtier har forskere undret sig over, hvordan specifikke resistensgener hurtigt kunne spredes blandt forskellige populationer af afgrødepatogener som årsagsagenserne til rissprængning og hvedestammerust. Nu har et hold af internationale videnskabsmænd ledet af forskere ved University of California, Davis, bestemt, hvordan disse avirulens (AVR) gener springer mellem svampearter ved at blaffe på mobile elementer, hvilket besvarer et langvarigt spørgsmål, der har undret plantepatologer i årtier.

Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications.

"Vores team opdagede, at nogle AVR-gener er en del af en diskret gruppe af mobile elementer, der hurtigt kan bevæge sig rundt i genomer, ikke kun inden for arter, men også mellem forskellige svampearter," sagde studielederforfatter Menglong Chen, en postdoktor i afdelingen. i plantepatologi ved UC Davis. "Vi navngav disse mobile elementer Rapidly Moving Elements Associated with Virulence (RMEAV'er)."

Plantepatogener er mikroorganismer, herunder svampe, bakterier og oomyceter, der kan forårsage sygdomme i planter. Mange vigtige plantepatogener indeholder gener, der koder for AVR-proteiner. AVR-gener spiller en vigtig rolle i at udløse en plantes immunrespons og forårsage sygdom. AVR-proteiner genkendes af tilsvarende sygdomsresistensproteiner i værtsplanten, hvilket fører til en forsvarsreaktion, der kan begrænse eller forhindre infektion. Som sådan er AVR-gener blevet brugt i årtier i planteforædlingsbestræbelser for at udvikle resistente sorter.

"For at resistensavl skal lykkes, skal de anvendte resistensgener være holdbare, hvilket betyder, at de kan give effektiv resistens over en lang periode," siger medforfatter Brent Threlfall, en assisterende projektforsker ved Institut for Plantepatologi ved UC Davis. "Men den hurtige og hyppige fremkomst af nye patogenstammer, der er i stand til at overvinde disse resistenser, har frustreret disse bestræbelser."

De patogenstammer, der dukker op, ofte omtalt som "virulente" stammer, indeholder nye eller muterede versioner af AVR-gener. Disse AVR-geners evne til at ændre sig betyder, at de kan undgå påvisning af plantens immunsystem og forårsage sygdom på tidligere resistente planter.

Forskerne brugte en række forskellige tilgange, herunder komparativ genomik, bioinformatik, molekylærbiologi og funktionelle undersøgelser til at forstå den mystiske spredning af AVR-gener blandt forskellige svampearter. De fokuserede på to af de mest ødelæggende svampepatogener fra korn på verdensplan, Magnaporthe oryzae, årsagsagenset til rissprængningssygdom, og Zymoseptoria tritici, årsagsagenset til Septoria tritici plet i hvede.

Forskerne var i stand til at vise, at RMEAV'erne er autonome replikoner, der replikerer og spredes ved hjælp af værtssvampens replikations- og transkriptionsmaskineri. De fandt også ud af, at RMEAV'er kan fungere som egoistiske elementer, hvilket betyder, at de ikke giver nogen direkte fordel for svampen, men stadig med succes kan spredes gennem en befolkning.

"Forståelse af mekanismerne bag den hurtige spredning af AVR-gener blandt forskellige svampearter er afgørende for at udvikle strategier til at forbedre holdbarheden af ​​resistensgener i afgrøder," siger seniorforfatter Jian-Min Yuan, professor ved Institut for Plantepatologi ved UC. Davis. "Vores resultater giver nye spor om, hvordan nogle patogener hurtigt kan tilpasse sig og overvinde planteresistens, hvilket hjælper os med at være et skridt foran i kampen mod ødelæggende plantesygdomme."