地球与环境 2022-09-11 09:24

一项合作研究帮助解释了保护小麦植株抵御疾病的化学防御机制,为这种全球栽培作物的研究开辟了潜在的新途径。

约翰英纳斯中心的研究人员利用最近在绘制面包小麦复杂基因组图谱方面取得的进展做出了这一发现。

奥斯本和乌伊的研究小组合作获得了数据,发现了小麦中的几组基因,当作物受到致病微生物的攻击时,这些基因会被激活。

这些基因存在于小麦基因组中六个所谓的生物合成基因簇中。产生防御分子的基因簇以前也在其他谷类作物中发现过,如燕麦和水稻。

为了找出这些聚类产生了什么化学物质,研究人员分离出相关基因,并将它们引入烟草的近亲本thamiana植物中。这种瞬时表达技术能够快速分析簇编码的生化通路。

研究人员发现,这些簇编码了一组多用途的分子,包括三萜、二萜和黄酮类化合物,其中包括一种之前未知的被命名为ellarinacin的分子。

该小组正在继续他们的工作,破译由基因集群产生的其他分子,并了解它们如何有助于保护小麦免受病虫害。

小麦是最重要的谷类作物之一,全球人类消耗的热量中有五分之一来自小麦。尽管它在农业上很重要,但人们对小麦产生的用于应对虫害和病原体攻击的化学物质知之甚少。

知道遗传途径产生某些有用的化学物质意味着这些基因组合可以培育成小麦品种,使它们更能抵抗疾病,而此时气候变化正使这一问题变得更加严重。

发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的这项研究还发现,与小麦有亲缘关系的野生禾草二花短柄草含有一种病原体诱导的Ellarinacin cluster的变异,这种变异产生一种结构类似的化合物brachynacin。

波尔图拉克博士解释说,这篇论文强调了小麦研究的一个重要新方向的开始。

“我们的基因组驱动方法使我们能够识别只有在特定条件下才会在小麦中产生的化合物——在这种情况下是病原体攻击。通过化学分析小麦提取物的‘经典’方法来找到这些分子将是一个挑战。”

约翰英纳斯中心的小组组长、该论文的作者安妮·奥斯本教授说:“由于我们对小麦防御化合物知之甚少,我们现在发现了小麦防御化合物生物合成的六种未知途径,包括以前从未报道过的全新化学物质。”我们的工作还在继续,研究这些分子在小麦中做什么,它们如何帮助抵御病原体,以及病原体诱导的整个基因集群网络是如何被调控的。”

病原体诱导生物合成途径编码防御相关分子在面包小麦出现在PNAS。