Naukowcy z Instytutu Biologii Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie pracują nad roślinami uprawnymi, odpornymi lub tolerancyjnymi na porażenie nicieniami pasożytniczymi. Swoje wyniki pracy prezentują w „Nature”.
Na łamach czasopisma „Nature” (https://doi.org/10.1038/s41467-022-33769-w) opisali oni wyniki swoich wieloletnich badań, które zaowocowały nowym podejściem do zagadnienia ochrony roślin porażanych przez pasożytnicze nicienie. Skupili się na niebadanych dotychczas aspektach interakcji biotroficznej pomiędzy rośliną a pasożytem.
Szlaki metaboliczne roślin uprawnych
Dr inż. Sławomir Janakowski i dr inż. Mirosław Sobczak z Katedry Botaniki SGGW, we współpracy z naukowcami z University of Bonn, Wageningen University, University of Cambridge, INRAE oraz University of California Davies, wykorzystali podejścia bioinformatyczne, genetyczne i biochemiczne, aby kompleksowo przeanalizować szlaki metaboliczne roślin uprawnych oraz pasożytujących na nich nicieni cystowych oraz zróżnicowaną ekspresję warunkujących je genów.
Jak wyjaśniają, jest to zupełnie nowe podejście do identyfikacji tzw. genów podatności na nicienie. Wyciszenie tych genów lub przeciwnie – doprowadzenie do ich nadekspresji – może prowadzić do otrzymania odmian roślin trwale odpornych na pasożyty lub tolerancyjnych na porażenie nimi.
Nicienie cystowe
Nicienie to zwierzęta bezkręgowe zamieszkujące wody lub gleby. Część z nich prowadzi pasożytniczy tryb życia, żerując zarówno na zwierzętach, jak i roślinach. Jeśli chodzi o te ostatnie, to największe znaczenie gospodarcze, ze względu na poważne szkody w rolnictwie, mają niewątpliwie tzw. nicienie cystowe.
Pasożyty te atakują korzenie roślin, prowadząc do rozwoju poważnych chorób – namatoz. Porażone rośliny mają zaburzony lub całkowicie zahamowany wzrost, anomalie w systemie korzeniowym, są osłabione (zwiędnięte, pożółkłe), nierzadko obumierają. Pośrednio pasożyty zwiększają także podatność roślin żywicielskich na inne patogeny. Wszystko to stanowi bardzo poważne zagrożenie dla produkcji roślinnej we wszystkich systemach rolniczych.
Szacuje się, że w skali świata roczne straty w produkcji roślinnej powodowane przez te bezkręgowce wynoszą do 25 proc. plonów i wyceniane są na ponad 80 mld dolarów.
Plazma zarodkowa odporna na nicienie
Problem jest tym poważniejszy, że nicienie cystowe są bardzo trudne do zwalczania. „Niedobór klasycznych genów odporności podkreśla pilną potrzebę znalezienia nowych sposobów na rozwój plazmy zarodkowej odpornej na nicienie” – piszą autorzy publikacji w „Nature”.
W ramach swojego badania zsekwencjonowali i opracowali genom modelowego nicienia cystowego z gatunku Heterodera schachtii, czyli znanego polskim rolnikom mątwika burakowego.
Genom ten posłużył jako platforma do pierwszej ogólnosystemowej, jednoczesnej analizy ekspresji genów żywiciela i genów pasożyta.
Szczegółowe analizy ujawniły istnienie szlaków metabolicznych, które były niekompletne u pasożyta, ale uzupełniane przez żywiciela.
Blokowanie rozwoju nicienia
Następnie, wykorzystując kombinację podejść bioinformatycznych, genetycznych i biochemicznych, badacze wytypowali jeden z takich szlaków – szlak biosyntezy witaminy B5 – i wykazali, że wyciszenie tych jego genów, które są kodowane w roślinie, efektywnie blokuje rozwój nicienia i znacząco zmniejsza jego potencjał pasożytniczy.
„Nasze eksperymenty pogłębiają wiedzę na temat ewolucji pasożytnictwa roślin i pokazują, że spójna, zróżnicowana ekspresja szlaków metabolicznych może być nowym sposobem identyfikowania genów podatności na nicienie – podsumowują autorzy publikacji. – Podejście to identyfikuje cele dla przyszłego rozwoju upraw odpornych na te pasożyty”.
Naukowcy mają nadzieję, że opisane przez nich podejście zostanie w przyszłości wykorzystane także na inne grupy nicieni pasożytniczych i wspomoże walkę nimi.
Źródło: PAP – Nauka w Polsce, Katarzyna Czechowicz
