Τα παράσιτα και οι ασθένειες έχουν ως αποτέλεσμα την απώλεια του ενός πέμπτου της παγκόσμιας συγκομιδής σιταριού κάθε χρόνο, η οποία είναι αρκετή για να κάνει περίπου 290 δισεκατομμύρια καρβέλια ψωμιού. Η επίλυση του επίμονου προβλήματος των μυκητιασικών ασθενειών σκωρίασης που επιτίθενται στο σιτάρι θα μπορούσε να συμβάλει στη διασφάλιση της μελλοντικής επισιτιστικής ασφάλειας.
Οι ερευνητές της KAUST, μαζί με συνεργάτες από τη Νότια Αφρική, τη Γαλλία και τις ΗΠΑ, έχουν συγκεντρώσει το μέχρι σήμερα γονιδίωμα βέλτιστης ποιότητας για το σιτάρι ψωμιού. Αυτό είναι μια σημαντική νοτιοαφρικανική καλλιεργητική ποικιλία σιταριού που ονομάζεται Kariega, που έχει ισχυρή αντίσταση στη σκωρίαση ρίγας, ένα από τα τρία είδη σκωρίασης που ταλαιπωρούν το σιτάρι. Χρησιμοποιώντας αυτό το γονιδίωμα, οι ερευνητές εντόπισαν και κλωνοποίησαν ένα βασικό γονίδιο που προσδίδει αντοχή στην ασθένεια.
“Τα σπόρια σκωρίασης διασκορπίζονται από τους ανέμους και μπορούν να ταξιδέψουν χιλιάδες χιλιόμετρα, πράγμα που σημαίνει ότι νέα και εξαιρετικά λοιμώδη στελέχη εξαπλώνονται γρήγορα“, λέει ο Naveenkumar Athiyannan, ο οποίος εργάστηκε στο έργο μαζί με τον Michael Abrouk της KAUST και τον Simon Krattinger. “Σε αντίθεση με τους ανθρώπους, τα φυτά δεν έχουν ένα προσαρμοστικό ανοσοποιητικό σύστημα που τους βοηθά να “απομνημονεύσουν” προηγούμενες λοιμώξεις. Αντ ‘αυτού, η ικανότητά τους να αντέχουν συγκεκριμένες ασθένειες κωδικοποιείται από γονίδια αντοχής στις ασθένειες.”
“Το σιτάρι έχει ένα δυναμικό και πολύπλοκο γονιδίωμα, πέντε φορές μεγαλύτερο από το ανθρώπινο γονιδίωμα. Αυτό καθιστά εξαιρετικά δύσκολο να εντοπιστεί η τοποθεσία ενός συγκεκριμένου γονιδίου»,λέει ο Abrouk. Επιπλέον, τα γονίδια αντοχής στις ασθένειες συχνά διαφέρουν μεταξύ των ποικιλιών σιταριού. Η αλληλουχία του γονιδιώματος Kariega, ειδικότερα, είναι σημαντική για την κατανόηση της αντίστασης στην σκωρίαση με ρίγες.
Η ομάδα συνδύασε τις τελευταίες τεχνικές αλληλουχίας DNA για τη συναρμολόγηση του γονιδιώματος, πριν πραγματοποιήσει εκτεταμένη ανάλυση χρησιμοποιώντας μοριακούς δείκτες για τον προσδιορισμό της ακριβούς χρωμοσωμικής περιοχής που προσδίδει αντοχή στην ασθένεια.
“Η συναρμολόγηση της ποικιλίας Kariega μας επέτρεψε να εξετάσουμε λεπτομερώς την αλληλουχία DNA αυτής της περιοχής και να εντοπίσουμε όλα τα πιθανά υποψήφια γονίδια”, λέει ο Abrouk. “Αυτό το βήμα θα έπαιρνε μήνες ή ακόμα και χρόνια στο παρελθόν”.
Η ομάδα αναγνώρισε το γονίδιο αντίστασης σκωρίασης λωρίδων ως Yr27, το οποίο έπειτα κλωνοποιήθηκε για να μελετηθεί η λειτουργία γονιδίων και οι μοριακοί μηχανισμοί της αντίστασης. Στο μέλλον, τα κλωνοποιημένα γονίδια θα μπορούσαν να μεταφερθούν σε ποικιλίες κατά τη διάρκεια της αναπαραγωγής και θα μπορούσαν ακόμη και να τροποποιηθούν για να αλλάξουν την αναγνώριση και την αντίσταση ενός φυτού.
«Ήμασταν ενθουσιασμένοι που ανακαλύψαμε ότι το Yr27 είναι μια έκδοση, ή αλληλόμορφο, ενός γνωστού γονιδίου αντοχής της σκωρίασης των φύλλων», λέει ο Athiyannan. “Τώρα που γνωρίζουμε τις ακριβείς ακολουθίες και των δύο αλληλόμορφων, ίσως μπορέσουμε να κατασκευάσουμε μια νέα έκδοση του γονιδίου που αναγνωρίζει και τις δύο ασθένειες ταυτόχρονα.”
«Έχουμε αναπτύξει μια γρήγορη και οικονομικά αποδοτική στρατηγική για να κλωνοποιήσουμε γονίδια αντοχής στις ασθένειες», προσθέτει ο Krattinger. “Ο μακροπρόθεσμος στόχος είναι να κλωνοποιήσουμε τα 400 γονίδια αντοχής που βρίσκονται στο σιτάρι, παρέχοντας στους επιστήμονες μια πραγματική ευκαιρία για την εξάλειψη σημαντικών ασθενειών του σιταριού”.
