Ученые СПбГУ помогут защитить сельскохозяйственные культуры от вредоносных грибов

Группа исследователей, куда вошли ученые Центра геномной биоинформатики имени Ф. Г. Добржанского СПбГУ, впервые в мире расшифровала геном гриба Fusarium oxysporum f.sp. lini. Этот паразит атакует лен, а также является близким родственником гриба, вызывающего «панамскую болезнь» у бананов, которая за последние 70 лет полностью уничтожила несколько сортов. Новые данные помогут понять, как защитить лен от «бананового» сценария, а в перспективе — избавить от вредоносного гриба и другие сельскохозяйственные культуры.

Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Plant-Microbe Interactions.

Фузариоз — заболевание растений, с которым хорошо знаком любой фермер: различные виды грибов из рода Fusarium, а известно их больше 120, способны поражать томаты, огурцы, дыню, капусту, горох, кукурузу, ячмень, пшеницу и множество других культур. Одна из самых известных проблем, которую вызывают эти паразиты, называется «панамская болезнь»: с ее вспышками на банановых плантациях люди борются еще с 1950-х годов. В редких случаях представители рода Fusarium могут даже атаковать человека, если у него заметно ослаблен иммунитет. Кроме того, эти грибы массово поражают лен — главную текстильную и одну из важнейших масличных культур России.

«К сожалению, поливать химикатами зараженное растение практически бесполезно, потому что гриб живет внутри него и в почве, а его споры могут сохраняться очень долго. Мировое сообщество считает, что правильный подход — это выведение устойчивых сортов, — рассказала профессор Центра геномной биоинформатики имени Ф. Г. Добржанского СПбГУ Анастасия Самсонова. — Эволюция не стоит на месте, и между паразитом и хозяином постоянно происходит генетическая „гонка вооружений“: в определенный момент сорта, которые сегодня используются в промышленности, могут перестать быть устойчивыми, и их станет невыгодно выращивать. Поэтому неизбежно возникнет спрос на новые сорта, которые к этому моменту уже должны быть выведены».

Вот почему, объясняет Татьяна Рожмина, заведующая лабораторией селекционных технологий Федерального научного центра лубяных культур, важно изучать гены сельскохозяйственных растений, а также их вредителей. Коллектив исследователей из СПбГУ, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого и Центра лубяных культур смог впервые расшифровать геном гриба Fusarium oxysporum f.sp. lini, который является причиной самой распространенной болезни льна — фузариозной гнили. Более того, подчеркивают биоинформатики, геном, включающий 14 тысяч генов, удалось собрать по хромосомам — это необходимо для дальнейших исследований в контексте эволюции.

«В геноме этого гриба есть две части: одна — более-менее постоянная и стабильная, практически одинаковая у разных видов рода Fusarium, другая — меняется от гриба к грибу: например, у вредителей банана она одна, у вредителей помидоров — другая», — рассказал профессор Центра геномной биоинформатики имени Ф. Г. Добржанского СПбГУ Александр Канапин.

Тот факт, что мы смогли собрать хромосомы, — это очень большой шаг вперед с точки зрения понимания его эволюции и приспособления к конкретному хозяину.

Профессор Центра геномной биоинформатики имени Ф. Г. Добржанского СПбГУ Александр Канапин

Руководитель лаборатории «Математическая биология и биоинформатика» СПбПУ Мария Самсонова отмечает, что использование современных омиксных технологий в сочетании с биоинформатикой позволит пролить свет на механизмы взаимодействия патогена с растением и благодаря этому сократить время получения устойчивых сортов. Кроме того, важным направлением, по ее мнению, является изучение коллекции устойчивых и восприимчивых сортов льна Центра лубяных культур. Эксперт заметила, что фузариоз — это системное заболевание, включающее быстрый ответ растения на инфекцию, поэтому без детального понимания механизмов такого ответа паразит всегда будет опережать селекционеров в «гонке вооружений».

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№ 19-16-00030), а также из средств государственного задания СПбГУ (проект № 51148284).

Следующий шаг исследователей — сравнить геном льняного паразита с известными геномами паразитических грибов из этого же рода, но поражающих другие растения. Ученые попытаются найти генетическую причину того, почему одному штамму больше «нравится» атаковать дыни, а другому — помидоры. Это позволит выяснить конкретные биохимические механизмы адаптации паразита и, что самое важное, найти гены, которые за них отвечают. Если это удастся, то с помощью технологий редактирования генома можно будет создать новый сорт льна, устойчивый к фузариозу.

«Методы, которые мы сегодня развиваем и совершенствуем в процессе работы с грибами, могут быть использованы и для других аналогичных проектов, связанных с растениями, — рассказал Александр Канапин. — Аналогичным образом мы можем проанализировать паразитов, к примеру, пшеницы или томатов и понять, как лучше выводить устойчивые сорта. Главная идея нашего центра геномной биоинформатики — разрабатывать аналитические и инфраструктурные решения, которые будут использоваться снова и снова для реализации не только фундаментальных, но и практических задач».