Вчені виявили ключові гени для боротьби з паразитами культур

Дослідники виявили два ключові гени, SbSLT1 і SbSLT2, які допомагають сорго протистояти Striga, запобігаючи його проростанню. Китайські вчені ідентифікували ці гени як важливі елементи захисту сорго від Striga – паразитичної рослини, що спричиняє значні втрати врожаю. Це відкриття не лише розкриває природні механізми захисту сорго, а й демонструє, як штучний інтелект може прогнозувати критичні амінокислотні сайти в транспортері стриголактонів (SL) – знання, які можуть підвищити стійкість різних культур до паразитичних рослин.

Загроза Striga для сільського господарства

Striga, також відома як «відьмин бур’ян», а також інші паразитичні рослини, такі як Orobanche, залежать від рослин-хазяїв, висмоктуючи з них поживні речовини та воду. Це призводить до різкого зниження врожайності та порушення агроекосистем. Striga вражає понад 50 мільйонів гектарів орних земель в Африці, завдаючи щорічних економічних збитків на 1,5 мільярда доларів та впливаючи на життя понад 300 мільйонів людей. У Китаї Striga поширена в провінціях Гуандун і Юньнань, а Orobanche загрожує культурам, таким як соняшник і томати, у Внутрішній Монголії та Сіньцзяні.

Як Striga заражає сорго

Сорго є однією з культур, схильних до зараження Striga. Корені сорго виділяють стриголактони (SL) – клас рослинних гормонів, які сприяють залученню мікоризних грибів для покращення засвоєння поживних речовин. Проте спляче у ґрунті насіння Striga здатне виявляти ці сигнали, що стимулює його проростання та зараження рослини-господаря.

У ході дослідження вчені проаналізували транскриптомні дані коренів сорго за умов дефіциту фосфору та після обробки стриголактонами. Вони ідентифікували два гени транспортних білків ABCG-сімейства: SbSLT1 (Sorghum bicolor SL Transporter 1) і SbSLT2 (Sorghum bicolor SL Transporter 2). Дослідники встановили, що ці білки контролюють виведення SL із клітин, і що відключення цих генів призводить до блокування секреції SL, що унеможливлює проростання Striga та подальше зараження рослини.

Використання штучного інтелекту та вплив на інші культури

Методи штучного інтелекту допомогли виявити консервативний залишок фенілаланіну, який відіграє ключову роль у транспортуванні SL. Цей залишок знайдено не лише у сорго, а й у транспортерах SL інших злакових культур, таких як кукурудза, рис і просо, а також дводольних культур, зокрема соняшника та томатів. Це свідчить про існування універсального механізму серед різних видів рослин.

Польові випробування в регіонах, схильних до зараження Striga, показали, що сорго з відключеними SbSLT1 і SbSLT2 мало на 67–94% менший рівень інфекції та на 49–52% нижчі втрати врожаю.

Майбутні перспективи

Дослідники наголошують, що відкриття SbSLT1 і SbSLT2 є важливим кроком у боротьбі з паразитичними рослинами та може допомогти зміцнити продовольчу безпеку в країнах, які найбільше страждають від Striga, особливо в Африці та Азії. Подальші дослідження зосереджені на перевірці цих генів у кукурудзі, томатах і просі, що може наблизити створення стійких до паразитів сортів сільськогосподарських культур.