Селекционеры сои используют два типа генетической устойчивости для защиты сои от фитофторозной стеблевой и корневой гнили, однако патоген, вызывающий заболевание, меняется, и устойчивость становится менее эффективной.
эксклюзив 🔹
Организмы вырабатывают устойчивость для преодоления источника давления. Например, в ответ на давление глифосата популяция сорняков изменилась. На полях теперь больше сорняков, которые выработали устойчивость к глифосату. Этот принцип применим и к болезням сои.
Элисон Робертсон, профессор и фитопатолог полевых исследований в Университете штата Айова, изучает факторы, создающие давление, которое позволило фитофторозной стеблевой и корневой гнили преодолеть распространенные типы генетической устойчивости в сое. Возбудителем этого заболевания является почвенный патоген Phytophthora sojae.
«В 2023 году мы увидели больше фитофторы в соевых бобах Среднего Запада, чем когда-либо. Мы знаем, что устойчивость с одним геном, которая должна обеспечивать полную защиту, теряет эффективность, и мы хотим понять, почему», — говорит она, подчеркивая, что фитофтора неизменно входит в пятерку основных патогенов, вызывающих экономические потери в соевых бобах США каждый год, согласно агрономическим исследованиям.
Робертсон объясняет, что селекционеры сои используют два разных типа устойчивости для обеспечения защиты растений от инфекций P. sojae.
Устойчивость к одному гену обеспечивает полную защиту. Эти гены, называемые «устойчивыми к Phytophthora sojae» или Rps , распознают белки, выделяемые патогеном при атаке растения. В ответ гены активируют естественную защиту сои, чтобы предотвратить заражение.
Частичная устойчивость относится к комбинациям многих второстепенных генов, которые обеспечивают защиту от фитофторы, когда растение сои заражается. Хотя растение заболевает, оно все еще способно давать урожай. Это часто называют полевой толерантностью.
Хотя в соевых бобах идентифицировано почти 30 генов Rps, и каждый год их обнаруживается все больше, в настоящее время в коммерческих сортах сои доступны только пять: Rps 1a, Rps 1c, Rps 1k, Rps 3a и Rps 6. Каждый ген распознает определенный белок, выделяемый P. sojae. Некоторые гены Rps не были развернуты в коммерческих целях, поскольку популяции патогена уже могли их преодолеть.
«Мы не знаем всех генов, участвующих в частичной устойчивости, но она активируется только тогда, когда соевые бобы достигают первой настоящей стадии роста тройчатых листьев. Мы также наблюдали снижение эффективности частичной устойчивости против фитофторы», — говорит ученый.
Ее исследование рассматривает селекционное давление, которое оба типа устойчивости оказывают на P. sojae, чтобы понять, как популяции патогенов меняются в полевых условиях, чтобы преодолеть генетику сои. Она считает, что эти знания помогут разработать лучшие варианты управления, даже если селекционеры объединяют устойчивости в некоторых сортах сои.
«Мы предполагаем, что популяции P. sojae изменяются в большей степени под давлением отбора из-за частичной устойчивости или полевой толерантности», — объясняет она.
Рабочая теория заключается в том, что поскольку частичная устойчивость позволяет болезни закрепиться, патоген производит больше половых спор, называемых ооспорами, которые могут выживать в течение многих лет. Половое размножение увеличивает генетическую изменчивость в популяции. При устойчивости к одному гену Phytophthora производит очень мало ооспор.
Однако проверка теории оказалась сложной. Целью команды было собрать и изолировать P. sojae из соевых бобов, инокулированных на гидропонных участках с различными условиями, включая ротацию генов устойчивости Rps в каждом цикле. Сравнение популяций до и после использования различных типов устойчивости показало бы, как популяция меняется с течением времени.
Исследователи характеризуют P. sojae в патотипы на основе того, какие гены Rps изолят может преодолеть, заражая растение и вызывая заболевание. Эта информация позволяет селекционерам и фермерам разрабатывать и выбирать сорта с генами Rps, пригодными для использования в полевых условиях.
Метод патотипирования изолятов Phytophthora требует пары недель. Команда Робертсон тестирует более быстрый метод, который позволяет патологам более эффективно идентифицировать и характеризовать популяции в полевых условиях, в течение нескольких часов, а не недель. Им еще предстоит подтвердить точность этого метода.
«P. sojae меняется, становится более сложным. Например, полевой скрининг показывает, что 100% популяции в Айове могут вызывать заболевания соевых бобов с Rps 1a. Одни и те же изоляты могут вызывать заболевания соевых бобов с различными типами генов Rps. Мы узнали, что важно характеризовать популяции P. sojae в поле, чтобы фермеры могли отслеживать, как они меняются, и выбирать соответствующую устойчивость. И мы продолжаем изучать более эффективные методы для точной характеристики патогенов», — говорит Робертсон.
Хотя у команды пока нет ответов на факторы, оказывающие давление отбора за этими изменениями, данные, которые собирает ее команда, направляют их продолжающийся поиск. И это может также поддержать другие исследования.
«В другом исследовательском проекте мы ищем другие способы использования генетической информации для подавления или остановки заболеваний, вызываемых патогенами, такими как P. sojae. В то же время мы знаем, что улучшение нашего понимания восприимчивости сортов сои к фитофторе и того, какие гены Rps могут защитить от местных популяций патогена, может помочь фермерам выбирать сорта, которые с наибольшей вероятностью снизят риски на данных полях», — заключила исследователь.
Источник: Iowa State University.
На фото — свернутые полотенца, «засаженные» семенами сои для инокуляции изолятами Phytophthora sojae с целью определения патотипа. Фото: Iowa State University.
