Патоген, ставший причиной Великого голода в Ирландии, продолжает эволюционировать

В 1843 году в США проявил себя новый патоген картофеля, а уже в 1845 году он распространился в Европе, где, в частности, стал причиной Великого голода в Ирландии (1845–1849 гг.). В результате около миллиона человек погибло, еще миллион человек эмигрировал. Патоген был идентифицирован в 1846 году, а в 1876 году получил свое современное название Phytophthora infestans. Он относится к оомицетам и может размножаться как клонально, так и половым путем. Голод в Ирландии вызвала клональная линия FAM-1. В 1930-х — 1950-х годах ее заменила линия US-1.

P. infestans все еще представляет опасность для картофеля и томатов. Уже более 180 лет люди пытаются создать резистентный сорт картофеля. Они выявили несколько генов резистентности (R), но создать полностью устойчивое растение не удалось. У P. infestans есть несколько эффекторных белков, помогающих заражению. Часто у этих эффекторов присутствует мотив RXLR (аргинин-любая аминокислота-лейцин-аргинин). В ответ R-белки растения научились распознавать мотив RXLR и запускать иммунный ответ. Было предпринято множество попыток создать по-настоящему резистентный сорт, но, несмотря на определенные успехи, патоген и эффекторные гены продолжают быстро эволюционировать и адаптироваться.

Еще со времен Голода в Ирландии остались образцы картофеля и патогена. Анализ этих и других исторических образцов Solanum показал, что в P. infestans присутствовали многие известные эффекторы, а число RXLR-эффекторов выросло со временем. В новой работе Исследователи из США изучили эволюцию некоторых известных эффекторов.

Гены R и RXLR идентифицировали путем таргетного обогащения и секвенирования. Анализировали ДНК 29 исторических образцов Solanum, пораженных P. infestans. Около 61% прочтений принадлежали Solanum tuberosum SolTub3.0, а 20% — P. infestans 1306.

В геноме P. infestans 1306 были отмечены 521 699 SNP. Авторы оценили плоидность геномов: 16 исторических образцов были диплоидными, а три — триплоидными. Все представители FAM-1 были диплоидами, а US-1 — триплоидами. Для остальных образцов плоидность однозначно установить не удалось. Так, в образце IMI53089, вероятно, была отмечена анеуплоидия.

Исследователи сравнили эффекторы и R-гены в четырех временных периодах (1845–1852, 1853–1883, 1884–1924 и 1925–1954). Эффектор Avr-blb1 не был выявлен, оставшиеся 11 известных эффекторов (кроме Avr3b) были отмечены в большинстве исторических образцов. Напротив, Avr3b впервые появился в образцах 1948 и 1954 годов. В целом в образцах позднего периода (1925–1954) была выше вариабельность наличия или отсутствия эффекторов. Все семь известных R-генов прослеживались во всех образцах. Однако авторы подозревают, что некоторые из них не были функциональными.

RXLR-геном исторических штаммов P. infestans был в целом стабилен до появления лини US-1 (соответствует образцу 1948 года). В этот момент геном расширился за счет дополнительных эффекторов. В линии FAM-1 в среднем было найдено 664 эффектора, а в линии US-1 —675. R-геном хозяина был более вариабельным, что отражает усилия по его разведению. Интересно, что были обнаружены также RXLR и R-гены, которые не накладывались на референсный геном, но накладывались на геном дикого Solanium и локус R/RXLR.

Наличие или отсутствие R-генов не сильно отличается между образцами, в то время как RXLR-гены появляются и исчезают в более поздних образцах, особенно собранных в 1937 году и позднее. Это совпадает по времени с введением более структурированных программ разведения растений в США и Европе. Возможно, RXLR геном эволюционировал, чтобы преодолеть новые R-гены в этот период. В целом размер RXLR-генома увеличился со временем. В генах появилось множество замен, и P. infestans быстро преодолел резистентность.

Тем не менее, авторы отмечают наличие некоторых генов, которые практически не изменились за 100 лет вмешательства человека. Возможно, они очень важны для патогена. Если их таргетировать, патогену будет тяжело противостоять этому.

Получена последовательность генома тетраплоидного картофеля