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

Gerst is een basisgewas dat miljoenen mensen voedt, maar de oogst staat constant onder belegering door een gemeenschappelijke vijand: bladroest. Deze ziekte, veroorzaakt door een microscopische schimmel, valt de bladeren van de plant aan, waarbij het voedingsstoffen en water steelt, wat leidt tot aanzienlijke verliezen in zowel de hoeveelheid geproduceerd graan als de kwaliteit ervan. Voor boeren is de dreiging reëel en hardnekkig. Om terug te vechten, kijken wetenschappers naar de eigen verdediging van de plant. In de loop der tijd hebben kwekers specifieke genen in gerst gevonden die fungeren als schilden, die de schimmel stoppen voordat deze kan zich kan vestigen. De schimmel is echter slim en evolueert snel, waardoor bestaande schilden vaak worden omzeild. Dit betekent dat het vinden van nieuwe, unieke bronnen van resistentie essentieel is. Het gaat er niet alleen om dat er een schild is, maar om het hebben van een ander soort schild waar de schimmel nog niet heeft geleerd hoe hij het kan breken. Het diversifiëren van deze genetische verdedigingen helpt ervoor dat gerstvelden productief blijven zonder zwaar afhankelijk te zijn van chemische bestrijdingsmiddelen.

In een recente studie richtten onderzoekers hun aandacht op zes verschillende gerstvariëteiten die zijn verzameld in het Midden-Oosten, een regio die bekend staat om haar rijke geschiedenis van gewasdiversiteit. Ze wilden zien of deze specifieke planten nieuwe geheimen bezaten tegen de bladroestschimmel. Wanneer ze de planten testten, ontdekten ze dat alle zes de variëteiten de ziekte tijdens elke groeifase konden weerstaan, een eigenschap die bekendstaat als all-stage resistentie. Dit was een veelbelovend begin, maar de onderzoekers wilden de genetische machinerie achter dit fenomeen begrijpen. Door deze resistente planten te kruisen met vatbare planten en de nakomelingen te bestuderen, ontdekten ze dat de resistentie op twee verschillende manieren werkte. Bij vier van de variëteiten kwam de bescherming voort uit een combinatie van twee verschillende genen die samenwerkten. Bij de andere twee variëteiten was één enkel gen verantwoordelijk voor de verdediging.

Het team concentreerde zich vervolgens op twee van deze variëteiten om exact te bepalen waar deze beschermende genen zich op de genetische kaart van de gerst bevinden. Voor de variëteit bekend als AGG-137 brachten ze de locatie terug tot een specifiek deel op chromosoom 3HS. Met behulp van een gedetailleerde referentiemap van het gerstgenoom identificeerden ze dat het resistentiegen zich in een regio bevindt die loopt van 3,62 tot 9,83 miljoen basenparen. Dit gen, dat ze tijdelijk RphAGG-137 noemden, bleek iets nieuws te zijn. De onderzoekers vergeleken het met bekende resistentiegenen, specificiel Rph5 en Rph7, die ook op hetzelfde chromosoom te vinden zijn. Hun analyse bevestigde dat dit nieuwe gen verschillend is van beide. Interessant genoeg onthoofde verder testen dat deze specifieke gerstvariëteit eigenlijk twee verdedigingen draagt: het nieuw ontdekte gen naast een ouder, bekend gen genaamd Rph2. Deze combinatie biedt een robuuste laag van bescherming die anders is dan wat voorheen is gezien.

De tweede variëteit, AGG-72, bood een ander verhaal. Het resistentiegen van deze variëteit, dat de onderzoekers RphAGG-72 noemden, bevond zich op een totaal ander chromosoom, chromosoom 4H. Het specifieke gebied dat zij identificeerden, strekt zich uit van 554,68 tot 577,32 miljoen basenparen. Deze locatie is significant omdat deze overlapt met de bekende posities van twee andere resistentiegenen, Rph21 en RphCas, die eerder bij andere gersttypen zijn geïdentificeerd. De gegevens suggereren dat de resistentie in AGG-72 waarschijnlijk een van deze twee bekende genen is, of een volledig nieuw gen dat toevallig in dezelfde buurt woont. De onderzoekers hebben nog niet definitief besloten welke van deze drie mogelijkheden waar is, maar ze hebben het gebied waar het antwoord ligt duidelijk in kaart gebracht. Door deze specifieke locaties te identificeren en te bevestigen dat ten minste één van deze genen uniek is, biedt de studie plantenkwekers verse doelwitten om gerstvariëteiten te ontwikkelen die de voortdurend veranderende dreiging van bladroest kunnen weerstaan.