Ученые предложили новый подход к защите кукурузы от южной ржавчины – грибкового заболевания, способного серьезно снижать урожайность в теплых регионах. Исследование показало, что комбинирование генетических ресурсов кукурузы из умеренного и тропического климата позволяет создать более надежную и долговечную защиту от патогена.
Специалисты изучили две линии кукурузы с высокой устойчивостью к ржавчине: одна происходит из умеренных широт, другая – из тропиков. Оказалось, что обе линии эффективно противостоят грибку Puccinia polysora, но используют для этого принципиально разные биологические механизмы. Эти выводы опубликованы в журнале Plant Cell Reports.
Тропическая линия кукурузы активирует защиту быстрее. Ее иммунная система распознает общие молекулярные признаки патогенов на поверхности клеток и немедленно начинает возводить физические барьеры. Растение откладывает полимер каллозу и укрепляет клеточные стенки лигнином, что мешает грибку проникнуть в ткани листа и распространиться.
Кукуруза из умеренного климата полагается на другую стратегию. Ее защита срабатывает, когда внутренние рецепторы клетки обнаруживают специфические белки, которые грибок выделяет для подавления иммунитета хозяина. Эта реакция более узконаправленная, но позволяет запустить мощный каскад защитных мер внутри уже зараженных клеток.
Несмотря на различия, у обеих защитных систем есть общая основа – они координируются сигнальными путями с участием жасмоновой кислоты, растительного гормона. Кроме того, в обеих линиях ключевую роль играет ген PER1, который кодирует фермент пероксидазу, участвующий как в подавлении патогена, так и в укреплении клеточных стенок.
Результаты исследования открывают перед селекционерами новую стратегию. Они могут объединять в одном сорте гены, отвечающие за быструю поверхностную защиту тропических линий, и гены, обеспечивающие точечный внутренний иммунный ответ, характерный для умеренных. Такой многоуровневый подход сделает гибриды кукурузы более устойчивыми к мутациям патогена и поможет сохранить урожай.