Ερευνητές του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας King Abdullah (KAUST) κλωνοποίησαν τα γονίδια ανθεκτικότητας στη σκουριά του σιταριού Lr9 και Sr43 και διαπίστωσαν ότι κωδικοποιούν ασυνήθιστες πρωτεΐνες σύντηξης κινάσης.
Η έρευνά τους θα επιτρέψει νέες επιλογές για την αντιμετώπιση της ανθεκτικότητας στην ασθένεια στο σιτάρι ψωμιού.
Κάθε χρόνο περίπου το 20% της παγκόσμιας παραγωγής σιταριού χάνεται από παράσιτα και ασθένειες, ποσό που αντιστοιχεί σε 3.500 πλοία με σιτηρά. Η εκτροφή ανθεκτικών ποικιλιών είναι ένας από τους πιο οικονομικούς και φιλικούς προς το περιβάλλον τρόπους αντιμετώπισης του προβλήματος.
Οι άγριοι συγγενείς του σιταριού παρέχουν μια δεξαμενή γενετικής ποικιλομορφίας για τη βελτίωση των καλλιεργειών. Το γονίδιο ανθεκτικότητας στη σκωρίαση των φύλλων Lr9, για παράδειγμα, εντοπίστηκε αρχικά σε ένα άγριο κατσίγαρο (Aegilops umbellulata). Σε ένα πρωτοποριακό πείραμα που διεξήχθη τη δεκαετία του 1950, ο Δρ Ernest Sears κατάφερε να μεταφέρει ένα μικροσκοπικό τμήμα ενός χρωμοσώματος του Aegilops που έφερε το Lr9 στο σιτάρι ψωμιού, αποδεικνύοντας ότι είναι δυνατή η σταθερή διασταύρωση μικρών τμημάτων χρωμοσώματος από μακρινούς άγριους συγγενείς.
Σχεδόν το 40 % των γονιδίων ανθεκτικότητας που απαντώνται σήμερα στο ψωμιούχο σιτάρι έχουν διασταυρωθεί στο σιτάρι από άγριους συγγενείς τα τελευταία 60 χρόνια. Οι ποικιλίες σιταριού που φέρουν το Lr9 κυκλοφόρησαν στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και το Lr9 εξακολουθεί να είναι αποτελεσματικό σε πολλές περιοχές καλλιέργειας σιταριού. Ωστόσο, αυτός ο τύπος αναπαραγωγής μπορεί να οδηγήσει σε συνεισαγωγή δυσμενών εκδοχών άλλων γονιδίων από τον άγριο συγγενή, γνωστό ως “linkage drag”.
Ο ερευνητής του KAUST Yajun Wang χρησιμοποίησε την αλληλούχιση μακράς ανάγνωσης για την αλληλούχιση των γονιδιωμάτων μιας ποικιλίας σιταριού ψωμιού που περιέχει Lr9 και του Ae. umbellulata. Η σύγκριση των δύο γονιδιωμάτων επέτρεψε την πλήρη ανακατασκευή αυτής της ιστορικής μετατόπισης. “Διαπιστώσαμε ότι ο Lr9 είχε εισαχθεί στο σιτάρι μαζί με περίπου 536 άλλα γονίδια από το Aegilops umbellulata. Επιπλέον, η διαδικασία οδήγησε στη διαγραφή ενός μικρού τμήματος του γονιδιώματος του σιταριού που περιείχε 87 γονίδια”, λέει ο Wang.
Παρόμοια με το Lr9, το γονίδιο αντίστασης στη σκωρίαση του στελέχους Sr43 προήλθε από το άγριο ψηλό σιτάρι (Thinopyrum elongatum).
Δύο ομάδες με επικεφαλής τους Simon Krattinger και Brande Wulff κλωνοποίησαν τα Lr9 και Sr43, αντίστοιχα, δημιουργώντας μεταλλάγματα και συγκρίνοντας την αλληλουχία τους με τα γονιδιώματα των γονέων.
“Τα κλωνοποιημένα γονίδια μπορούν τώρα να χρησιμοποιηθούν για τη μηχανική παραγωγή σειρών ψωμιού σιταριού χωρίς σύζευξη (linkage drag). Το πιο σημαντικό είναι ότι τα γονίδια μπορούν να συνδυαστούν με άλλα κλωνοποιημένα γονίδια ανθεκτικότητας στη σκουριά σε στοίβες πολλαπλών γονιδίων για τη δημιουργία γραμμών με ανώτερη και πιο ανθεκτική ανθεκτικότητα”, λέει ο Guotai Yu, επικεφαλής ερευνητής του προγράμματος Sr43.
Για την κλωνοποίηση του Lr9, ο Wang ανέπτυξε μια νέα μέθοδο που ονομάζεται MutIsoSeq και βασίζεται στην αλληλούχιση του mRNA αντί του γονιδιωματικού DNA. Συνδυάζει την αλληλούχιση mRNA μακράς ανάγνωσης από γονικές σειρές άγριου τύπου και την αλληλούχιση mRNA μικρής ανάγνωσης από μεταλλαγμένα φυτά για τον εντοπισμό υποψήφιων γονιδίων. Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους κλωνοποίησης γονιδίων που βασίζονται στην αλληλούχιση του DNA, η MutIsoSeq επιτρέπει φθηνότερη και ταχύτερη κλωνοποίηση των αιτιολογικών γονιδίων χωρίς κουραστική γενετική χαρτογράφηση και η μέθοδος μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί σε οποιοδήποτε εργαστήριο βασικής μοριακής βιολογίας.
