Entdeckung von Unterschieden in der Genexpression zwischen weißrostresistenten und anfälligen Sorten bei B. rappa

Dr. Miyaji Naomi, derzeit Forscher am Iwate Biotechnology Research Center, und Arjina Akter, Ph.D. Studenten im selben Doktorandenprogramm mit ihren Kollegen stellten fest, dass die Veränderungen der Genexpression, die nach einer Infektion von japanischem Senfspinat durch die Weißrostkrankheit hervorgerufen wurden, bei krankheitsresistenten Sorten und krankheitsanfälligen Sorten unterschiedlich waren.

Diese Forschungsergebnisse bilden die Grundlage für die Aufklärung des Krankheitsresistenzmechanismus bei japanischem Senfspinat durch zukünftige Forschung.

Diese Forschung war eine Zusammenarbeit zwischen dem außerordentlichen Professor Fujimoto Ryo von der Kobe University Graduate School of Agricultural Science, dem außerordentlichen Professor Chuma Izumi von der Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine, dem Department of Human Sciences, dem Iwate Biotechnology Research Center, der Sylhet Agricultural University (Bangladesch) und dem Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) von Australien.

Die Forschungsergebnisse wurden in der Online-Version von veröffentlicht Wissenschaftliche Berichte.

Die Weißrostkrankheit ist eine der wichtigsten Krankheiten bei Kreuzblütlern wie japanischem Senfspinat (Brassica rapa var. perviridis) und Chinakohl (B. rapa var. pekinensis). Die durch den Weißrostpilz (Albugo candida) verursachte Krankheit ist durch die Bildung von Läsionen mit weißlicher Eiterung auf den Blättern, Stängeln, Stielen und Blüten gekennzeichnet.

Bei Kreuzblütlern wie japanischem Senfspinat und Chinakohl wirkt sich der Ausbruch der Krankheit negativ auf die Qualität wie das Aussehen aus und führt zum Problem eines stark verringerten Produktwerts. Es gibt krankheitsvorbeugende und heilende Maßnahmen gegen den Weißrost, beispielsweise das Besprühen mit Agrochemikalien. Die wirksamste Maßnahme ist jedoch die Verwendung krankheitsresistenter Sorten. Aus diesem Grund ist die Entwicklung resistenter Sorten ein dringend gefordertes Ergebnis in der Landwirtschaft.

Pflanzen wachsen, passen sich an und reagieren auf die Umwelt, indem sie die Expression einer Vielzahl von Genen steuern. Bisher ist bei einer Vielzahl von Pflanzenarten klar geworden, dass Resistenzen als Reaktion auf Krankheiten durch die Kontrolle der Genaktivität induziert werden.

Andererseits war nicht klar, wie Gene während der Infektion von japanischem Senfspinat durch den Weißrostpilz exprimiert werden, und es war nicht bekannt, ob es Unterschiede in der Genexpression zwischen Sorten gab, die stark gegen den Weißrostpilz resistent sind, und Sorten anfällig für die Krankheit (krankheitsanfällige Sorten).

Inhalt der Recherche

Der Pilz, der die Weißrostkrankheit verursacht, wurde in eine gegen die Weißrostkrankheit resistente Sorte und eine für die Weißrostkrankheit anfällige Sorte geimpft und die Genexpression vor und nach der Infektion analysiert. Es wurden Gene identifiziert, deren Expressionsniveau infolge einer Infektion mit dem Weißrostpilz zunahm bzw. abnahm, und die Gemeinsamkeit dieser Gene zwischen den Sorten wurde untersucht.

Während es also Gene gibt, die resistenten und anfälligen Sorten gemeinsam sind, gab es viele Gene, die für jeden Sortentyp spezifisch waren.

Anschließend konnten die Forscher durch die Klassifizierung bekannter Gene, deren Expression durch eine Infektion mit dem Weißrostpilz verändert wurde, vorhersagen, welche Art von Expressionsreaktion in den einzelnen Sorten auftrat. Viele der Gene, deren Expression in der resistenten Sorte verändert war, wurden in Kategorien eingeteilt, die sich auf Schutzreaktionen beziehen (Schutzresistenz des gesamten Organismus, programmierter Zelltod/Apoptose usw.) oder Kategorien, die sich auf Salicylsäure beziehen.

Andererseits waren unter den Genen, deren Expression in der krankheitsanfälligen Sorte verändert war, kaum Gene vorhanden, die in diese Kategorien eingeordnet werden konnten.

Basierend auf dieser Untersuchung wurde deutlich, dass bei einer Infektion mit dem Weißrostpilz die genetische Expression zwischen den Sorten, die gegen die Weißrostkrankheit resistent sind, und den krankheitsanfälligen Sorten unterschiedlich war. Darüber hinaus war die Expression der Salicylsäure-Reaktionsgene bei einer Infektion mit dem Weißrostpilz verändert.

In Bezug auf wichtige Genkandidaten für die Darstellung der Resistenz gegen Weißrostkrankheiten, die in der hier durchgeführten Forschung ermittelt wurden, zielt die Forschungsgruppe darauf ab, den molekularen Mechanismus der Resistenz gegen Weißrostkrankheiten zu klären, indem sie die Funktionalität bestimmter Gene in Bezug auf die Krankheitsreaktion untersucht. Darüber hinaus planen sie, das Weißrost-Resistenzgen zu identifizieren und Weißrost-resistente Sorten zu entwickeln.