Zwiększyć odporność upraw na grzyby

Aby można było wyżywić szybko rosnącą światową populację, rośliny uprawne muszą dawać więcej plonów z coraz mniejszej powierzchni gruntów. Wydajność upraw można zwiększyć, poprawiając odporność roślin na szkodniki i patogeny, a także stres środowiskowy związany ze zmianą klimatu.

W projekcie DURABLE RESISTANCE (Understanding factors affecting durability of crop resistance genes), finansowanym ze środków UE, wykorzystano roślinę canola oraz grzybiczy patogen do zbadania, w jaki sposób może dochodzić do załamania się odporności roślin na choroby.

Mechanizmy strategii obronnych i przeciwobronnych ewoluowały wspólnie u roślin i grzybów, tworząc geny umożliwiające grzybom atakowanie roślin, a roślinom obronę przeciwko chorobom. Przykładowo, grzyby mają geny awirulencji (avr), które wytwarzają białka nazywane efektorami, umożliwiające grzybowi infekowanie rośliny.

Z kolei rośliny mają geny odporności (R), które rozpoznają grzyba odpowiadającego genowi avr, uruchamiając system obronny rośliny. Szybko zmieniając geny avr, grzyby mogą unikać bycia rozpoznawanym przez geny R roślin, co powoduje załamanie się odporności rośliny.

Tak stało się z uprawami canoli w Australii w 2003 r. Badając genetykę grzyba odpowiedzialnego za to zjawisko, uczeni odkryli, że mutacje genów avr uczyniły patogen niewidocznym dla mechanizmów obronnych rośliny.

Aby umożliwić przeciwdziałanie takiemu załamaniu odporności, uczestnicy projektu DURABLE RESISTANCE wykazali, że odporność można poprawić poprzez dodanie pomocniczych genów R podczas hodowli. Same te geny nie wywołują odporności, ale uniemożliwiają grzybowi wyewoluowanie w taki sposób, by mógł przełamać mechanizmy odpornościowe genów R.

Uczeni ustalili także, że na to, jak trwała i stabilna jest odporność, wpływa środowisko. W ocieplającym się klimacie, geny R są prawdopodobnie mniej skuteczne, a efektory grzybów działają sprawniej.

Uczestnicy projektu DURABLE RESISTANCE odkryli również białka, które wiążą się z efektorami i które można wykorzystać w hodowli w celu poprawy odporności canoli i innych roślin. Omawiane prace pomogą zapobiegać przyszłym ogniskom chorób grzybiczych wśród roślin uprawnych.