SLU-nyhet

Viktig gen för resistens mot rostangrepp hittad i salix

Publicerad: 17 februari 2017

En gen som tros ha stor betydelse för energigrödan salix förmåga att känna igen en angripare har identifierats av forskare från SLU. Två versioner av genen har upptäckts, och den ena versionen förefaller göra individerna mer motståndskraftiga mot rostinfektioner.

Salix har de senaste decennierna blivit en allt viktigare gröda. Den används uteslutande som biobränsle och utgör ett substitut för fossila bränslen som kol och olja eftersom den är snabbväxande, och odlandet och brukandet inte anses bidra till stigande nivåer av atmosfärisk koldioxid. Dessutom kan den odlas på mark som inte är lämpad för matproduktion. Precis som alla industriellt odlade grödor är den dock utsatt för sjukdomsangrepp. Det primära hotet kommer från en rostsvamp som heter Melampsora larici-epitea. Denna orsakar rostskador på bladen, vilket dels minskar den fotosyntesiska kapaciteten och dels kan få bladen att fällas i förtid. Det mest angelägna problemet för salixforskare har därför varit att ta fram rostresistenta salixtyper.

Utnyttjar värdens metabolism

Melampsora är, likt de flesta rostsvampar, en biotrof. Det innebär att den inte i första hand är ute efter att döda och bryta ner cellvävnad, som nekrotrofer gör. Biotrofer försöker istället undvika upptäckt och i smyg bosätta sig i värdcellerna, för att där utnyttja värdväxtens metabolism för sin egen energiproduktion. Så fort värden märker biotrofens närvaro, stängs de infekterade cellerna av och förstörs, för att förhindra att parasiten sprider sig vidare. Det gör att biotrofens relativa framgång som patogen i första hand är beroende av hur skicklig den är på att dölja sin närvaro för värden. Växternas förmåga att känna igen inkräktarna regleras av resistensgener, av vilka de vanligaste kallas NBS-LRR. LRR är den del av genen som svarar för att identifiera angriparen, genom att reagera på ämnen som den utsöndrar eller som sitter i dess cellmembran. Inkräktaren kan då svara med att dölja dessa ämnen, eller blockerar värdens receptorer. Värden kan i sin tur utveckla en känslighet för det inkräktaren blockerar receptorerna med, och så vidare. Detta system är mycket förändringsbenäget och av naturliga skäl utsatt för högt evolutionärt tryck. Förädlingsprogram har flera gånger lyckats ta fram salixtyper som är motståndskraftiga mot rostsvampen, men den höga plasticiteten gör att rostsvampen med tiden lyckas överlista resistensen och åter orsaka sjukdomssymptom.

En upptäckt resistensgen

Det är det därför viktigt för växtförädlingen att identifiera nya och mer effektiva resistensgener i salix. En forskargrupp på institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi vid Sveriges lantbruksuniversitet har tidigare identifierat ett område på salixgenomet som verkar kontrollera mycket av resistensen mot Melampsora-infektioner. I en ny studie genomsöks detta område efter intressanta gener. Berit Samils är en av studiens författare.

"Det intressanta området på genomet står för upp till hälften av variationen i motståndskraft i den population vi tittat på, vilket förstås gör den högintressant för förädling. Vi har med hjälp av DNA-analys nu studerat området och identifierat en komplett NBS-LRR-gen, alltså en resistensgen”, säger Berit.

För att ta reda på om den identifierade genen verkligen är det som svarar för områdets betydelse, jämförde forskarna dess sekvens i en känt motståndskraftig och en känslig salixindivid. De fann att det fanns åtminstone fem skillnader mellan generna, vilka alla bör ge upphov till förändringar i det resulterande proteinet. Tre av dessa skillnader satt dessutom i den patogenigenkännande LRR-delen.

Slår ut värdens radar

"Nästa steg var att undersöka om de olika typerna av resistensgenen betedde sig olika under rostangrepp", säger Berit Samils. "Vi infekterade salix som bar respektive variant av genen med Melampsora, och mätte sedan genuttrycket, det vill säga hur mycket genen används. Vi kunde då se att den mer känsliga individen hade ett lägre genuttryck efter 24 timmars infektion än innan infektionen började, och att dess uttryck alltid var lägre än i den motståndkraftiga individen, vare sig bladen var infekterade eller ej."

Jan Stenlid är en annan av artikelns författare. "Att genuttrycket sjunker under pågående infektion antyder att det är den inkräktande svampen som orsakar detta för att undvika upptäckt, och att det krävs en kritisk nivå av uttryck för att denna upptäckt ska kunna ske", säger Jan. "Det kan liknas vid att svampen slår ut trädets radar, eller åtminstone försämrar dess funktion. Samtidigt ser vi inget förändrat uttryck efter infektion i den motståndskraftiga individen. Denna upptäcker genast parasiten och aktiverar sitt fullständiga försvar. Resultaten tyder på att vår upptäckta resistensgens syfte är att identifiera angriparen, och att den inte har någon roll att spela när detta väl inträffat."

"Tyvärr finns inget utvecklat transformationssystem för salix ännu", fortsätter Jan Stenlid. "Ett sådant är nödvändigt för att slutgiltigt testa resistensgenens funktion, genom att helt slå ut genen eller kraftigt öka dess uttrycksnivåer och studera konsekvenserna för motståndskraften. När ett sådant system finns tillgängligt, kommer det ge oss ännu med besked om hur denna gen påverkar salixens försvar mot Melampsora-infektioner."

Fakta:

Salix är vår viktigaste energigröda och odlas på drygt 10 000 hektar åkermark i Skåne, Västergötland och Mälardalen. Omfattningen kan öka i framtiden eftersom efterfrågan på förnyelsebar energi är stigande både i Sverige och utomlands. Odlingen är dock känslig för svampsjukdomen bladrost. Förädlingsarbete har gett mer resistenta salixtyper, men svampen är förändringsbenägen och en etablerad salixodling beräknas stå i 25 år, varför patogenen har gott om tid att överlista försvaret.