Ученые создали рис с «настраиваемой» иммунной системой, которая будет способна, включаясь и выключаясь по необходимости, противостоять нескольким различным патогенам.
Большинство имеющихся на данный момент сортов растений устойчивы к какой-то конкретной болезни, но обычно легко подвергаются другим заболеваниям. У нового риса без потери урожайности появилась способность противостоять нескольким патологическим воздействиям при помощи переключаемого усилителя иммунной системы.
Иммунитет растений возникает благодаря рецепторам на поверхности клеток, которые реагируют на определенные молекулы, свидетельствующие о проникновении микробов, и запускают выработку защитных веществ. Изучение генов, запускающих такой иммунный ответ, позволяет получать более устойчивые растения. Профессор Синьнянь Дун (Xinnian Dong) из Университета Дьюка в течение двадцати лет работает с одним из таких генов – NPR1, выделенным у арабидопсиса (Arabidopsis thaliana). При помощи этого гена ученые давно пытаются увеличить защищенность от болезней риса, пшеницы, томатов и других растений.
Однако оказывается, что NPR1 работает слишком хорошо, поэтому растения оказываются слабыми и малоурожайными. Подобно тому, как у человека активная реакция иммунной системы вызывает сильную лихорадку, у растений активность гена NPR1 приводит к перегрузке собственной иммунной системы, поэтому они плохо растут и плодоносят. Поэтому биологи искали «регулятор», который мог бы определять активность этого гена.
На этой неделе журнал Nature опубликовал две статьи, описывающие исследование, которое возглавляла Синьнянь Дун вместе с учеными из Сельскохозяйственного университета Хуачжун в городе Ухань. В статьях описывается открытие и применение такого регулятора.
Изучая активирующий иммунную систему белок TBF1 в арабидопсисе, профессор Синьнянь Дун обнаружила сложную систему, которая быстро вызывает иммунный ответ. В ней молекулы готовые молекулы РНК, кодирующие белок TBF1, очень быстро запускают синтез этого белка, а он включает мощную иммунную защиту. Синьнянь Дун установила фрагмент ДНК, действующий как включатель для такого иммунного ответа, и переместила его из генома арабидопсиса в позицию перед геном NPR1 у риса. В результате рис получил способность кратковременно активировать свою иммунную систему в ответ на угрозы.
В эксперименте ученые заражали модифицированный рис тремя различными болезнями. Две из них вызываются бактериями (бактериальный ожог риса (Xanthomonas oryzae pv. oryzae) и бактериальная полосатость риса (Xanthomonas oryzae pv. oryzicola), а одна – патогенным грибом Magnaporthe oryzae. Поражение быстро распространилось по листьям контрольных растений, тогда как модифицированный рис продемонстрировал высокую устойчивость к ним. При этом не снижались рост растений, количество и вес зерна.
