Studie zeigt, dass Maisgenom mehrere Krankheitserreger gleichzeitig angreifen kann

In einem sich verändernden Klima müssen Maisbauern auf alles vorbereitet sein, auch auf neue und sich verändernde Krankheitsdynamiken. Da es unmöglich ist, vorherzusagen, welche schädliche Krankheit in einem bestimmten Jahr auftreten wird, wäre Mais mit Resistenz gegen mehrere Krankheiten ein großer Gewinn für die Landwirte. Jetzt bringen Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign die Branche diesem Ziel näher.

Goss-Welke, eine bakterielle Krankheit und Pilzkrankheiten wie der Graue Blattfleckenkrankheit, die Nördliche Maisblattfäule und die Südliche Maisblattfäule sind für Landwirte im gesamten Mittleren Westen der USA und in einigen Fällen weltweit von Bedeutung. Die Studie, veröffentlicht in G3: Gene, Genome, Genetikdeckt Genomregionen auf, die mit Resistenzen gegen alle vier Krankheiten verbunden sind.

„Wir haben nicht nur Regionen im Genom gefunden, die Resistenzen gegen jede Krankheit verleihen, sondern auch eine Handvoll experimenteller Maislinien identifiziert, die gegen alle resistent waren. Diese Erkenntnisse sollten der Industrie dabei helfen, Materialien zu entwickeln, die gegen mehrere Krankheiten gleichzeitig resistent sind“, sagte Tiffany Jamann, leitender Autor der neuen Studie und außerordentlicher Professor am Department of Crop Sciences, Teil des College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences (ACES) an der U. of I.

Das Team führte mehrere strategische Kreuzungen zwischen krankheitsresistenten und anfälligen Maislinien durch, die es ihnen ermöglichten, Resistenzmerkmale bestimmten Stellen im Genom zuzuordnen. Derzeit sind diese Regionen ziemlich groß und umfassen Hunderte einzelner Gene. Wenn es bestimmte Gene mit übergroßen Auswirkungen gibt, wurden diese noch nicht identifiziert.

Dennoch ist die Identifizierung wichtiger Regionen hilfreich, da die Krankheitsresistenz selten auf ein einzelnes Gen zurückzuführen ist. Tatsächlich kann die additive oder quantitative Kraft der Zusammenarbeit mehrerer Gene zu einer dauerhafteren Resistenz führen. Es gibt eine Absicherung, wenn ein Krankheitserreger einen Weg findet, einen bestimmten Resistenzmechanismus zu umgehen. Interessanterweise kann diese Haltbarkeit sogar gegen verschiedene Gruppen von Krankheitserregern wirken.

„Wir haben 19 Regionen gefunden, die mit einer Resistenz gegen die bakterielle Krankheit Goss-Welke verbunden sind. Einige dieser Regionen sind auch mit einer Resistenz gegen Pilzpathogene verbunden“, sagte Jamann. „So ist es möglich, mit denselben genetischen Regionen gleichzeitig Resistenzen gegen mehrere Krankheiten zu züchten.“

Pilze und Bakterien sind biologisch sehr unterschiedlich, aber beide müssen Wege finden, in die Pflanze einzudringen, sich dort fortzubewegen und sich zu vermehren. Jamann sagt, es sei möglich, dass Resistenzgene Veränderungen im Gefäßsystem der Pflanze auslösen, die es beiden Arten von Krankheitserregern erschweren, sich zu bewegen, aber sie kann immer noch nicht genau sagen, wie die Gene den Pflanzen helfen, sich selbst zu schützen. Dank eines Stipendiums der National Science Foundation im Jahr 2022 arbeitet sie jedoch daran.

Obwohl das Team drei Maislinien identifizierte, die gegen alle vier Krankheiten resistent sind, wird es aufgrund dieser Arbeit noch eine Weile dauern, bis Landwirte Saatgut für mehrfach resistenten Mais kaufen können. Zuerst wird Jamanns Team die in dieser Studie hervorgehobenen Regionen genau kartieren, um alle Gene mit großer Wirkung zu finden, und diese Informationen dann an Züchter weitergeben, die robuste neue Hybriden entwickeln können. Dennoch, sagt Jamann, bahne sich vielfacher Widerstand an.