小麦已经相对于古代感谢基因保护他们免受病毒

没有疾病,小麦是一种非常高效的作物,膳食纤维在许多地区和文化超过20000年了。

的小麦黄花叶病毒(被称为WYMV)是一种疾病,经常给小麦作物在美洲、亚洲、欧洲和非洲。

这意味着有一个高的小麦品种需求或品种,能抵抗病毒。

现代小麦的DNA是复杂和嵌合,意味着其遗传物质来自几个祖先植物自然杂交,杂交,其次是由人类选择育种。

我们的研究现在已经确定了基因的DNA序列保护从WYMV小麦,抗病性机制提供重要线索和野草的古老的起源。

我们的发现发表在杂志上PNAS,旨在帮助更多的抗性小麦品种的发展,提高作物产量,减少有害的杀真菌剂的使用,同时也强调需要保持生物多样性保护食品供应。

一个破坏性的病毒由一种真菌

WYMV让小麦叶子马赛克模式,阻碍了植物的生长,可以减少籽粒产量80%,造成重大经济损失。

土壤中病毒是承载和传播的寄生虫——微观真菌Polymyxa graminus——它生活小麦植物的根系。

土壤中真菌孢子含有WYMV可以活十年。

虽然杀菌剂可以杀死真菌,停止传输,处理土壤这种方式不是成本效益或生态可持续的。唯一可行的选择是有选择地品种和抗病基因工程师小麦WYMV。

基因防御从根部

马森是一个小麦品种在1988年发布的高度耐WYMV——多亏两个显性基因叫什么Ym1和Ym2。

然而,我们并不了解这些基因或有强烈的理解为什么品种有这样强烈的抗病性。

小麦的只有一个Ym1或Ym2不完全抗拒WYMV感染从土壤,植物与基因显示完整的阻力。

我们的研究表明,无论是基因阻止真菌殖民根,那么我们假设基因可能会阻碍运动的病毒真菌根,阻碍其运动从根到射击,抑制病毒复制的根,或它们的一些组合。

我们测试了这个理论的方法之一是注入病毒直接离开了。

我们的团队发现,植物Ym1显示WYMV感染的发生率降低,但是Ym2工厂没有。这意味着——异常在植物抗病基因Ym2特别是在根部。

关闭的监护人的蛋白质的基因

在这项研究中,我们知道Ym2是,它是一个单一的基因后孟德尔遗传位于染色体的长臂2 d面包小麦,它减少了WYMV对植物的影响超过70%。

我们使用了一种叫做定位克隆“放大”的Ym2在面包小麦(在染色体上基因的位置小麦)。

定位克隆有助于当一个基因的分子功能还不理解——换句话说,我们不知道蛋白质的基因编码或它所做的。

一旦我们的基因位置和序列,我们可以预测编码蛋白质的形式了解其分子功能——在本例中,我们想知道它的抗性机制。

当我们找到了Ym2基因,我们的团队发现的DNA序列编码的一种蛋白质类型NBS-LRR——这意味着它有一个nucleotide-binding网站(国家统计局)和富亮氨酸重复域(远程雷达)。

NBS-LRR蛋白质是植物中最常见的蛋白质——它们是“监护人”,检测病原体和引发植物的免疫反应。

为了证实这一点,我们测试了携带病毒的反应植物Ym2不同突变的基因(或版本的基因在DNA序列)的变体编码NBS-LRR蛋白质。

疾病的反应随不同版本的确认的功能的蛋白质Ym2基因及其蛋白是提供WYMV阻力。

知道了Ym2基因序列使我们能够选择选育品系携带Ym2通过分析DNA从一片叶子。以前,我们只能检测Ym2WYMV-infested植物生长的土壤。

此外,本研究发现变异的打开一个窗口Ym2小麦的野生亲戚可以提供优越的阻力。

野生抗性基因的起源

建议相关的DNA序列在物种Ym2在现代面包小麦来源于一个古老的野生植物山羊草属sharonensis原产于地中海东部国家。

有一个类似的基因山羊草属speltoides,另一个面包小麦的野生祖先。

结构的多样性Ym2已经通过DNA之间的易位和重组这些生成的吗同源基因。这些野生物种杂交培育小麦在某种程度上,通过在耐药基因已成为商业上重要。

以及确定这种病毒耐药是如何工作的,我们的研究强调了保护生物多样性的重要性,确保未来我们的食品供应的安全。

祖传的野生植物富含有用的特征(如抗病),植物育种者和保护遗传学家可以挖掘现代作物和维持健康的食物,如面包、意大利面、面条、蒸粗麦粉,糕点,蛋糕和其他小麦产品,许多人不仅依赖,但享受。

参考:M Pourkheirandish, et al。小麦Ym2起源于山羊草属sharonensis和抵抗土传小麦黄花叶病毒感染的根源。Proc。国家的。学会科学。doi: 10.1073 / pnas.2214968120

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