Двойная защита: двойная синтез-мильтирадиеновая синтаза в большинстве сортов риса

Рис (Oryza sativa) известен своей способностью вырабатывать множество дитерпеноидных фитоалексинов, которые играют важную роль в защите растений от патогенов. Одной из ключевых групп этих фитоалексинов являются абиеторизины, которые были обнаружены лишь недавно, несмотря на обширные предыдущие исследования в этой области.

1. Происхождение и синтез абиеторизинов

Абиеторизины, как предполагается, образуются из ent-мильтирадиена. Это открытие стало важным вкладом в понимание биосинтетических путей, так как ранее не сообщалось о способности риса к образованию данного соединения. Известно, что дикий рис содержит фермент, известный как ent-кауреновая синтаза 10 (KSL10), который является единственным охарактеризованным ортологом у O. sativa — OsKSL10. В частности, этот ген был хорошо изучен на примере сорта Nipponbare.

2. Дикий рис и предшественники фитоалексинов

Интересно, что из дикого риса был выделен предшественник оризалексинов — ent-сандаракопимарадиен. Это открытие подчеркивает разнообразие биосинтетических путей в различных сортах риса. У многих других сортов риса, помимо Nipponbare, наблюдается наличие дублированного гена, который назван OsKSL14. Биохимическая характеристика OsKSL14 из сорта Китааке продемонстрировала, что этот фермент способен образовывать ожидаемый предшественник абиеторизина — милтирадиен.

3. Филогенетический анализ и различия в аллелях

Филогенетический анализ OsKSL10 в пангеноме риса показал, что сорт Nipponbare является исключением. Аллели большинства других сортов группируются с аллелями дикого риса, что позволяет предположить, что они также могут вырабатывать ent-мильтирадиен. Например, OsKSL10 из сорта Китааке проявляет активность в образовании милтирадиена, что согласуется с его способностью к выработке абиеторизинов, в то время как сорт Nipponbare не производит абиеторизины.

4. Паттерны экспрессии генов

Несмотря на то что генетически OsKSL10 и OsKSL14 могут выполнять схожие функции, их экспрессия демонстрирует различные паттерны. Это указывает на то, что различия в экспрессии могут быть причиной сохранения дублированных генов в процессе эволюции. Понимание этих паттернов может помочь в дальнейшем изучении механизмов регуляции биосинтеза фитоалексинов.

Представленные результаты проясняют механизмы биосинтеза абиеторизинов и дают новое понимание эволюции дитерпеноидных фитоалексинов в рисе. Эти открытия не только обогащают знания о защитных механизмах риса, но и открывают новые горизонты для селекции и генетического улучшения сортов риса, способных более эффективно защищаться от патогенов. Понимание таких механизмов может в дальнейшем способствовать созданию более устойчивых к болезням сортов риса, что является важной задачей в агрономии и сельском хозяйстве.

Исследование: aBIOTECH