Вирус желтой пятнистости риса (RYMV) является причиной значительных потерь урожая в Африке, особенно среди мелких фермеров. Исследовательская группа из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) и Французского национального исследовательского института устойчивого развития (IRD) использовала технологию редактирования генома для создания сортов риса, устойчивых к этой болезни.
Команда описывает разработку этих сортов риса в Журнале биотехнологии растений как первый шаг на пути к созданию устойчивых к болезням, адаптированных к местным условиям сортов для мелких производителей продуктов питания в Африке.
RYMV — это РНК-вирус, который передается при прямом контакте жуков с листьями. В Африке, где большинство производителей обрабатывают менее гектара земли, вирус часто приводит к потерям от 10 до 100 процентов урожая риса. Таким образом, это опасная для жизни проблема для фермеров в беднейших районах.
«В настоящее время не существует эффективной защиты от этого вируса». Доктор Югандер Арра, ведущий автор исследования, сказал: «Единственная реальная защита — это выведение сортов риса с генами, устойчивыми к RYMV, чтобы растения не были заражены».
Исследовательская группа из Института молекулярной физиологии Гарвардского университета (под руководством профессора доктора Вольфа Б. Фроммера) и Института исследований развития (IRD) в Монпелье, Франция, разработала этот устойчивый штамм риса.
В настоящее время известно три гена устойчивости; мутаций в одном из этих генов (называемых RYMV1, 2 и 3) достаточно, чтобы обеспечить устойчивость. Ген устойчивости rymv2 появляется у сортов африканского риса (Oryzaglaberrima) с более низкой урожайностью. RYMV2, также известный как CPR5.1, кодирует важный белок ядерной поры. У модельного растения Arabidopsis thaliana удаление единственной копии гена CPR5 приводит к устойчивости широкого спектра не только к вирусам, но также к бактериям и грибам. Однако рост арабидопсиса сильно ограничен, что приводит к спонтанным поражениям растений и низкой урожайности. Поэтому важно проверить, можно ли передать устойчивость rymv2 на другие сорта риса без негативных последствий.
Проблемы и решения селекции риса
В Африке в основном используются другие высокоурожайные сорта риса на основе азиатского сорта Oryzaindica (indica), не имеющие генов устойчивости. Однако вставка соответствующих генов не является особенно многообещающим подходом, поскольку потомство таких «межвидовых» гибридов очень стерильно и, следовательно, не может быть легко воспроизведено и передано гену устойчивости.
Теперь, используя метод редактирования генома CRISPR/Cas, исследовательская группа продемонстрировала, что мутации гена RYMV2 могут быть созданы в азиатских сортах риса, чтобы сделать их похожими на африканский рис по устойчивости к вирусу. Следующим шагом будет использование того же подхода для составления соответствующих африканских элитных сортов и последующего предоставления их мелким производителям в Африке. Помощь этим фермерам является целью Crops for Health, международного исследовательского консорциума, возглавляемого Гарвардским университетом.
Генетические механизмы растений, которые были полезны для выживания на ранних этапах эволюции, теперь с большей вероятностью могут оказаться вредными. Хорошим примером является кукуруза: ген вызывает абортирование зерен при удобрении в результате засухи. Этот ген вызывает признак, который был полезен для диких многолетних предков сегодняшних растений кукурузы, но оказывает вредное воздействие на урожайность однолетних растений, используемых сегодня в сельском хозяйстве.
Похожая ситуация наблюдается и с изучаемым здесь рисом. Профессор Фроммер сказал: «Эту особенность устойчивости можно объяснить потерей функции несущественного гена. Если мы полностью отключим этот ген, растения будут вести себя нормально. Однако из-за потери функции гена они становятся устойчивыми к вирусу».
Доктор Элиза Лу, руководитель группы «Здоровые культуры», добавила: «Можно утверждать, что это прототип, который был полезен своим предкам, но теперь вызывает разрушительные потери урожая в периоды засухи. Кажется, нет никаких очевидных побочных эффектов от отключения этого гена».
Удивительно, но отключение близкородственного гена CPR5.2 или обоих RYMV2 и CPR5.2 не вызвало никакого ущерба, по крайней мере, в тепличных условиях. Стоит отметить, что делеция гена CPR5.2 не приводит к устойчивости к RYMV. Все это показывает, что редактирование гена RYMV2 является реальным методом борьбы с болезнями риса в Африке.
Источник составления: ScitechDaily.