Genetic mapping in two independent durum wheat accessions PI 244061 and PI 209274 identified shared loci for leaf rust resistance on chromosome 6BS
O mapeamento genético de dois acessos independentes de trigo durum revelou que a resistência à ferrugem da folha em ambos é controlada por um único gene dominante localizado dentro do mesmo intervalo de 2,07 Mb no cromossomo 6BS, onde os genes RGA5 e WAK foram identificados como candidatos potenciais.
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O trigo é a espinha dorsal da segurança alimentar global, alimentando bilhões de pessoas todos os dias. Entre suas muitas variedades, o trigo duro é o tipo específico usado para fazer massa, cuscuz e sêmola. Como todas as culturas, ele enfrenta ameaças constantes da natureza, particularmente doenças fúngicas que podem devastar colheitas. Um de seus inimigos mais persistentes é a ferrugem da folha, um fungo que ataca as folhas, tornando-as marrons e sugando a energia da planta. Se não for controlado, essa doença pode destruir mais de metade do rendimento potencial de uma cultura. Por décadas, agricultores e cientistas têm dependido do melhoramento de variedades de trigo que carregam genes de resistência natural para lutar contra ela. No entanto, o fungo é astuto; ele evolui rapidamente, desenvolvendo novas linhagens que podem contornar as defesas de variedades de trigo mais antigas. Essa constante corrida armamentista significa que os cientistas devem continuar buscando novas fontes de resistência na natureza e em landraces antigas para manter o ritmo da doença.
Em um estudo recente, pesquisadores voltaram sua atenção para dois acessos específicos de trigo, conhecidos como PI 244061 e PI 209274. Estes não são variedades modernas de supermercado, mas sim tesouros genéticos: um é uma landrace do Iêmen, e o outro é uma linhagem de melhoramento da Austrália. Ambos demonstraram uma capacidade notável de resistir à ferrugem da folha em testes anteriores. O objetivo era encontrar a localização exata dos genes responsáveis por essa resistência dentro de seu DNA e entender como eles funcionam. Ao cruzar essas plantas resistentes com outras suscetíveis e estudar seus descendentes, a equipe visava identificar as instruções genéticas que permitem ao trigo sobreviver ao ataque fúngico.
Os pesquisadores começaram cultivando milhares de plântulas de trigo em um ambiente controlado de estufa. Eles cruzaram os pais resistentes com os suscetíveis para criar famílias híbridas, depois inocularam as plantas jovens com uma cepa específica e agressiva do fungo da ferrugem da folha. Enquanto as plantas cresciam, os cientistas observavam atentamente para ver quais resistiam à infecção e quais sucumbiam. Os resultados foram claros: a resistência em ambos os acessos originais era controlada por um único gene dominante. Isso significava que, se uma planta herdasse apenas uma cópia deste gene de seu progenitor, ela estaria protegida. A equipe então utilizou uma técnica poderosa chamada sequenciamento de RNA de segregantes em massa (bulked segregant RNA sequencing). Eles pegaram as folhas das plantas mais resistentes e as folhas das plantas mais suscetíveis, misturaram-nas em dois grupos separados e analisaram seu material genético. Ao comparar as diferenças genéticas entre os "sobreviventes" e as "vítimas", eles puderam estreitar a busca pelo gene de resistência.
A análise apontou para uma localização muito específica no cromossomo 6BS, um segmento distinto do genoma do trigo. Tanto na landrace iemenita quanto na linhagem de melhoramento australiana, o gene de resistência foi encontrado na mesma área geral, no final deste cromossomo. Para ter absoluta certeza, a equipe desenvolveu novos marcadores genéticos, que atuam como sinalizações moleculares, para rastrear o gene através das gerações. Eles testaram centenas de plantas individuais e descobriram que a resistência estava fortemente ligada a uma pequena região de DNA medindo apenas 2,07 megabases. Este é um alvo extraordinariamente pequeno no vasto panorama de um genoma de trigo. Dentro desta estreita faixa, os pesquisadores buscaram por genes que pudessem ser responsáveis pela defesa. Eles encontraram vários candidatos, incluindo genes que produzem proteínas conhecidas por reconhecer e combater patógenos.
Um dos candidatos mais promissores na landrace iemenita foi um gene que produz uma proteína chamada RGA5, que atua como um sensor para detectar o fungo. Na linhagem australiana, as evidências apontaram para um tipo diferente de gene, um que produz uma quinase associada à parede, uma proteína que ajuda a planta a sentir danos em suas paredes celulares. Curiosamente, embora ambas as linhagens resistam à doença no mesmo local do cromossomo, seus códigos genéticos naquela área são ligeiramente diferentes, sugerindo que podem ter evoluído suas defesas de forma independente. O estudo também abordou um achado anterior que havia colocado um gene de resistência da landrace iemenita em uma parte diferente do cromossomo. Os novos dados de alta resolução confirmaram que a localização anterior estava incorreta e que o verdadeiro mecanismo de defesa reside no cromossomo 6BS.
Esta descoberta fornece aos melhoristas de trigo um mapa preciso e as ferramentas necessárias para transferir esses poderosos genes de resistência para variedades modernas de trigo duro de alto rendimento. Ao usar os marcadores genéticos identificados neste estudo, os melhoristas podem selecionar rapidamente as plântulas que carregam a resistência sem ter que esperar que as plantas cresçam e enfrentem a doença no campo. O fato de duas fontes não relacionadas de trigo, separadas por geografia e história, carregarem ambas um mecanismo de defesa na mesma pequena região de seu DNA sugere que esta parte do cromossomo é um hotspot natural para combater a ferrugem da folha. Embora a identidade exata do gene ainda exija mais trabalho laboratorial para ser confirmada, o caminho a seguir está claro. Estas descobertas oferecem uma base robusta para o desenvolvimento de novas variedades de trigo que possam suportar as ameaças em evolução da ferrugem da folha, ajudando a garantir o futuro de uma das colheitas mais importantes do mundo.
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