Каждое растение обычно несет сотни потенциальных последовательностей гена R, кодирующих белки NB-LRR, идентифицируемых по наличию определенных мотивов последовательности. Гены R часто являются частью семейств близкородственных последовательностей.
В то время как общие последовательности позволяют захватывать R-гены, это также затрудняет их различение и поиск точного гена, который позволяет растениям пережить атаку. Более длинные молекулы и последовательности ДНК позволяют более простой и точный генетический анализ для выявления вариаций.
Семейство генов NB-LRR позволяет растениям противостоять инфекции от ряда болезней и формировать вторую линию защиты. После того, как патогену удалось проникнуть в растение, он использует «эффекторные» молекулы для ослабления защитных сил растения – белки гена R распознают эти «эффекторные» молекулы и сигнализируют растению, чтобы активировать защитные реакции, убивая клетки вокруг места заражения. инфекция в попытке остановить ее распространение.
Эта постоянная эволюционная гонка вооружений между растениями и патогенами, при которой организмы, вызывающие заболевания в растениях, мутируют, чтобы избежать защиты растений, заставляет растения развиваться через изменения в их собственном генетическом составе. Здесь в игру вступает огромное количество R-генов, которые очень похожи по структуре и последовательности ДНК.
Исследователи из Института Эрлхэма (EI), Лаборатории Сейнсбери (TSL) и Института Джеймса Хаттона нашли новый способ расшифровать эти большие участки ДНК, чтобы обнаружить и аннотировать устойчивость растений к патогенам.
Используя PacBio, который может считывать более длинные участки ДНК целиком, наряду с разработанным рабочим процессом генов NB-LRR RenSeq (секвенирование с обогащением генов устойчивости), данные нацелены не только на R-гены, но и на важные регуляторные области ДНК. – промоторы и терминаторы, которые сигнализируют, когда начать производство белка, а когда остановиться.
Д-р Мэтт Кларк, руководитель отдела развития технологий EI и ведущий автор исследования, сказал: «Дикие родственники сельскохозяйственных культур содержат огромный репертуар новых генов, которые можно использовать для выведения более устойчивых сортов, требующих меньшего количества обработок пестицидами.
Когда дело доходит до идентификации ключевых генов, исследователям может быть очень сложно найти точный ген устойчивости из-за явного сходства их последовательностей ДНК.
«В типичных методах секвенирования используются короткие считывания, например, из Illumina HiSeq, но они часто слишком короткие, чтобы выделить похожие гены.
«RenSeq отличается от обычного секвенирования ДНК на PacBio, сосредоточив усилия по секвенированию на конкретном семействе генов i.е. R-гены.
В этом исследовании, оптимизируя несколько этапов построения библиотеки, мы можем идентифицировать последовательности, кодирующие белок, и соседние регуляторные области; действительно, во многих случаях мы можем реконструировать всю область ДНК, даже если она содержит много похожих генов, которые обычно слишком сложно отличить друг от друга. Это означает, что мы можем определить точный ген, который придает устойчивость к определенной инфекции и используется в программах разведения."
Профессор Джонатан Джонс, старший научный сотрудник TSL и соавтор, сказал: «Это усовершенствование метода RenSeq значительно облегчит создание надежных реестров R-генов у нескольких видов растений, помогая нам клонировать дополнительные гены, которые могут защитить наши посевы."
Доктор Инго Хейн, главный исследователь Института Джеймса Хаттона и соавтор, добавил: «Гены R могут контролировать различные болезни растений, включая основные угрозы для мирового растениеводства. Возможность захвата и секвенирования длинных фрагментов геномной ДНК, содержащих полноразмерные гены R, позволяет быстро идентифицировать новые функциональные гены устойчивости у диких видов.
Эти гены, если они будут введены в новые сорта посредством селекции или альтернативными путями, могут значительно снизить зависимость от пестицидов для растениеводства."
Статья «Целенаправленный захват и секвенирование молекул ДНК размером с ген» опубликована в BioTechniques.