Genetic mapping in two independent durum wheat accessions PI 244061 and PI 209274 identified shared loci for leaf rust resistance on chromosome 6BS
2つの独立したデュラムコムギ系統の遺伝地図作成により、両者の赤さび病抵抗性は、RGA5およびWAK遺伝子が候補として特定された染色体6BS上の同一の2.07 Mb区間内に位置する単一の優性遺伝子によって制御されていることが明らかになった。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。 免責事項の全文を読む
小麦は世界の食料安全保障のバックボーンであり、毎日数十億の人々を養っています。その多くの品種の中でも、デュラム小麦はパスタ、クスクス、セモリナ粉を作るために使用される特定のタイプです。あらゆる作物と同様に、小麦も自然、特に収穫を壊滅させかねない真菌病による絶え間ない脅威に直面しています。最も執拗な敵の一つは赤さび病であり、これは葉を攻撃して茶色に変え、植物のエネルギーを奪う真菌です。放置すれば、この病気は作物の潜在的な収量の半分以上を破壊する可能性があります。何十年もの間、農家や科学者は、戦うための天然の抵抗性遺伝子を持つ小麦品種の育種に頼ってきました。しかし、真菌は巧妙です。進化が速く、古い小麦品種の防御を回避できる新しい菌株を開発します。この絶え間ない軍拡競争により、科学者は病気に先手を打つために、野生や古代のランドレース（在来種）の中から新しい抵抗性の源を探索し続けなければなりません。
最近の研究で、研究者たちはPI 244061とPI 209274として知られる2つの特定の小麦アクセッション（系統）に注目しました。これらは現代のスーパーマーケットで見られるような品種ではなく、遺伝的な宝物です。一つはイエメンのランドレースであり、もう一つはオーストラリアの育種系統です。両者は以前のテストにおいて、赤さび病に対して顕著な抵抗力を示すことが分かっていました。目的は、これらの抵抗性を司る遺伝子の正確な位置をDNA内で特定し、それらがどのように機能するかを理解することでした。チームは、これらの抵抗性のある植物を感受性のあるものと交配させ、その子孫を研究することで、植物が真菌の攻撃を生き延れさせる遺伝的な指示を突き止めようとしました。
研究者たちは、まず制御された温室環境で数千本の小麦の苗を栽培することから始めました。彼らは抵抗性のある親と感受性のある親を交配させてハイブリッドの家系を作り、その後、若い植物に特定の攻撃的な赤さび病菌を接種しました。植物が成長するにつれ、科学者たちはどの植物が感染を退け、どの植物が屈したかを注意深く観察しました。結果は明白でした。両方の元の系統における抵抗性は、単一の優性遺伝子によって制御されていました。これは、植物が親からこの遺伝子をたった一つ受け継ぐだけで、保護されることを意味します。チームは次に、バルク・セグレガントRNAシーケンシングと呼ばれる強力な手法を用いました。彼らは最も抵抗力の強い植物と最も感受性の高い植物の葉をそれぞれ別々のグループに混ぜ合わせ、それらの遺伝物質を分析しました。 「生存者」と「犠 victims（犠牲者）」の間の遺伝的な違いを比較することで、抵抗性遺伝子の探索範囲を絞り込むことができました。
解析の結果、小麦ゲノムの明確なセグメントである染色体6BS上の非常に特定の場所が指し示されました。イエメンのランドレースとオーストラリアの育種系統の両方において、抵抗性遺伝はこの染色体の末端にある同じ領域に見つかりました。絶対的な確信を得るために、チームは世代を超えて遺伝子を追跡するための分子的な道標となる、新しい遺伝マーカーを開発しました。彼らは数百の個別の植物をテストし、抵抗性がわずか2.07メガベースのDNA領域に密接に関連していることを見出しました。これは、広大な小麦ゲノムの風景の中では驚くほど小さなターゲットです。この狭い帯状の領域内で、研究者たちは防御を担っている可能性のある遺伝子を探しました。彼らは、病原体を認識して戦うことが知られているタンパク質を生成する遺伝子を含む、いくつかの候補を見つけました。
イエメンのランドレースにおける最も有望な候補の一つは、RGA5と呼ばれるタンパク質を生成する遺伝子で、これは真菌を検知するセンサーとして機能します。オーストラリアの系統では、細胞壁への損傷を感知するのを助けるタンパク質である、細胞壁結合キナーゼを生成するタイプの遺伝子に証拠が向けられました。興味深いことに、両方の系統は同じ染色体上の同じ場所で病気に抵抗していますが、その領域の遺伝コードはわずかに異なっており、これは彼らが独立して防御を進化させた可能性を示唆しています。研究はまた、イエメンのランドレースの抵抗性遺伝を異なる染色体上に配置していた以前の知見についても言及しました。新しい高解像度のデータは、以前の場所が誤りであり、真の防御メカニズムは染色体6BSにあることを確認しました。
この発見は、小麦の育種家に、これらの強力な抵抗性遺伝子を現代の高収量なデュラム小麦へ導入するための精密な地図とツールを提供します。この研究で特定された遺伝マーカーを使用することで、育種家は植物が成長して圃場で病気に直面するのを待つことなく、抵抗性を持つ苗を迅速に選抜することができます。地理的および歴史的に離れた2つの無関係な小麦の供給源が、どちらもDNAの同じ小さな領域に防御メカニズムを持っているという事実は、この染色体の部分が赤さび病と戦うための自然なホットスポットであることを示唆しています。正確な遺伝子の特定にはまださらなる実験室での作業が必要ですが、進むべき道は明確です。これらの知見は、進化する赤さび病の脅威に耐えうる新しい小麦品種を開発するための強固な基礎を提供し、世界で最も重要な作物の一つである小麦の未来を守る助けとなります。
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