A novel barley leaf rust resistance locus, distinct from Rph5 and Rph7, identified on barley chromosome 3HS

L'orzo è un coltura base che nutre milioni di persone, ma il suo raccolto è costantemente sotto assedio da un nemico comune: la ruggine fogliare. Questa malattia, causata da un fungo microscopico, attacca le foglie della pianta, rubando nutrienti e acqua, il che porta a perdite significative sia nella quantità di granella prodotta che nella sua qualità. Per gli agricoltori, la minaccia è reale e persistente. Per combattere, gli scienziati guardano alle difese della pianta stessa. Nel tempo, i selezionatori hanno trovato geni specifici all'interno dell'orzo che agiscono come scudi, fermando il fungo prima che possa stabilirsi. Tuttavia, il fungo è astuto ed evolve rapidamente, spesso aggirando questi scudi esistenti. Ciò significa che trovare nuove e uniche fonti di resistenza è essenziale. Non si tratta solo di avere uno scudo, ma di avere un tipo di scudo diverso che il fungo non abbia ancora imparato a rompere. Diversificare queste difese genetiche aiuta a garantire che i campi di orzo rimangano produttivi senza fare eccessivo affidamento su spray chimici.

In uno studio recente, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione a sei diverse varietà di orzo raccolte in Medio Oriente, una regione nota per la sua ricca storia di diversità delle colture. Volevano vedere se queste piante specifiche detenessero nuovi segreti contro il fungo della ruggine fogliare. Quando hanno testato le piante, hanno scoperto che tutte e sei le varietà potevano resistere alla malattia in ogni fase della loro crescita, un tratto noto come resistenza a tutti gli stadi. Questo era un inizio promettente, ma i ricercatori avevano bisogno di comprendere il meccanismo genetico sottostante. Incrociando queste piante resistenti con altre suscettibili e studiando la progenie, hanno scoperto che la resistenza operava in due modi diversi. In quattro delle varietà, la protezione derivava dalla combinazione di due geni diversi che lavoravano insieme. Nelle altre due varietà, un singolo gene era responsabile della difesa.

Il team si è poi concentrato su due di queste varietà per individuare esattamente dove si trovassero questi geni protettivi sulla mappa genetica dell'orzo. Per la varietà nota come AGG-137, hanno ristretto la posizione a un tratto specifico sul cromosoma 3HS. Utilizzando una mappa di riferimento dettagliata del genoma dell'orzo, hanno identificato che il gene di resistenza si trova in una regione che spazia da 3,62 a 9,83 milioni di coppie di basi. Questo gene, che hanno temporaneamente chiamato RphAGG-137, si è rivelato essere qualcosa di nuovo. I ricercatori l'hanno confrontato con i geni di resistenza noti, specificamente Rph5 e Rph7, che si trovano anche sullo stesso cromosoma. La loro analisi ha confermato che questo nuovo gene è distinto da entrambi. Interessantemente, ulteriori test hanno rivelato che questa particolare varietà di orzo possiede in realtà due difese: il gene appena scoperto insieme a un gene più vecchio e noto chiamato Rph2. Questa combinazione fornisce uno strato di protezione robusto che è diverso da quanto visto in precedenza.

La seconda varietà, AGG-72, offriva una storia diversa. Il suo gene di resistenza, che i ricercatori hanno chiamato RphAGG-72, si trovava su un cromosoma completamente diverso, il cromosoma 4H. L'area specifica che hanno identificato si estende da 554,68 a 577,32 milioni di coppie di basi. Questa posizione è significativa perché si sovrappone alle posizioni note di altri due geni di resistenza, Rph21 e RphCas, precedentemente identificati in altri tipi di orzo. I dati suggeriscono che la resistenza in AGG-72 sia probabilmente uno di questi due geni noti o un gene completamente nuovo che vive nello stesso quartiere. I ricercatori non hanno ancora deciso in modo definitivo quale di queste tre possibilità sia vera, ma hanno chiaramente mappato il territorio in cui risiede la risposta. Identificando queste posizioni specifiche e confermando che almeno uno di questi geni è unico, lo studio fornisce ai selezionatori di piante nuovi obiettivi per sviluppare varietà di orzo che possano resistere alla minaccia in continua evoluzione della ruggine fogliare.