Die DNA-Sequenz eines Gens im Weizen, das für die Resistenz gegen ein verheerendes Virus verantwortlich ist, wurde entdeckt und liefert wichtige Hinweise für den Umgang mit resistenteren Pflanzen und die Aufrechterhaltung einer gesunden Lebensmittelversorgung.
Weizenkulturen in ganz Amerika, Asien, Europa und Afrika werden häufig vom gelben Weizenmosaikvirus heimgesucht, daher besteht eine große Nachfrage nach Weizensorten oder -sorten, die diesem Virus widerstehen können.
Heute erschienen in Proceedings of the National Academy of Sciencesfand die Studie heraus, dass das Resistenzgen aus einer alten mediterranen Wildpflanze stammt, die mit Weizen verwandt ist.
Der Studienleiter der University of Melbourne, Dr. Mohammad Pourkheirandish, sagte: „Diese Entdeckung könnte bei der Entwicklung resistenterer Weizensorten helfen, die Ernteerträge steigern und den Einsatz schädlicher Fungizide reduzieren. Sie betont auch die Notwendigkeit, die Artenvielfalt zu erhalten, um die Nahrungsmittelversorgung zu schützen .“
WYMV reduziert den Getreideertrag um bis zu 80 %, was zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten führt. Das Virus wird von einem bodenbewohnenden Pilz beherbergt und übertragen, der die Wurzeln von Weizenpflanzen besiedelt, Weizenblätter verfärbt und das Pflanzenwachstum hemmt.
Mikroskopisch kleine Pilzsporen, die WYMV enthalten, können bis zu einem Jahrzehnt im Boden leben. Während Fungizide die Sporen abtöten und die Übertragung stoppen können, ist die Fungizidbehandlung weder kostengünstig noch ökologisch nachhaltig.
„Die praktikable Alternative besteht darin, Weizen mit Resistenz gegen WYMV selektiv zu züchten oder gentechnisch zu manipulieren“, sagte Dr. Pourkheirandish.
„Vor dieser Forschung wussten wir, dass ein dominantes Gen namens Ym2 die Auswirkungen von WYMV auf Weizenpflanzen um mehr als 70 % reduziert, aber wir haben nicht verstanden, wie das Gen dies erreicht.“
Das Forschungsteam verwendete eine Technik namens Positionsklonierung, um das Ym2-Gen auf einem Chromosom in Brotweizen zu lokalisieren, und fand heraus, dass seine DNA-Sequenz für ein Protein des Typs NBS-LRR kodiert. Diese Proteine sind „Wächter“, die Krankheitserreger erkennen und in Pflanzen eine Immunantwort auslösen.
„Jetzt, da wir die DNA-Sequenz des Gens kennen, können wir Zuchtlinien auswählen, die Ym2 tragen, indem wir einfach die DNA von einem kleinen Blattstück analysieren, sogar ohne den Virusinokulationsschritt“, sagte Dr. Pourkheirandish.
„Es wird auch einfacher sein, Varianten von Ym2 in wilden Verwandten von Weizen zu finden, die eine überlegene Krankheitsresistenz für eine weitere Verbesserung der Ernte bieten könnten.“
Die DNA des modernen Weizens ist chimär, was bedeutet, dass sein genetisches Material von mehreren Ahnenpflanzen durch natürliche Kreuzung oder Hybridisierung stammt, gefolgt von selektiver Züchtung durch den Menschen.
Durch den Vergleich von DNA-Sequenzen verwandter Arten entdeckten die Forscher, dass Ym2 in modernem Brotweizen von einer alten Wildpflanze namens Aegilops sharonensis stammt, die in den östlichen Mittelmeerländern beheimatet ist. Ein ähnliches Gen kommt in Aegilops speltoides vor, einem weiteren wilden Vorfahren des Brotweizens.
„Diese Wildarten hätten sich irgendwann mit Kulturweizen gekreuzt und die genetische Resistenz weitergegeben, die heute so kommerziell kritisch ist“, sagte Dr. Pourkheirandish.
„Ahnen-Wildpflanzen sind eine reiche Quelle nützlicher Eigenschaften, wie z Produkte, auf die viele von uns angewiesen sind und die sie genießen.“
Mehr Informationen:
Mishina, Kohei et al, Wheat Ym2 stammt aus Aegilops sharonensis und verleiht den Wurzeln Resistenz gegen eine bodenbürtige Wheat Yellow Mosaic Virus-Infektion. Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2214968120