Studien publicerades i tidskriften Nature Communications.
"Vårt team upptäckte att vissa AVR-gener är en del av en diskret grupp av mobila element som snabbt kan röra sig runt genom, inte bara inom arter, utan också mellan olika svamparter", säger studiens huvudförfattare Menglong Chen, en postdoktor vid avdelningen i växtpatologi vid UC Davis. "Vi döpte dessa mobila element till Rapid Moving Elements Associated with Virulence (RMEAVs)."
Växtpatogener är mikroorganismer, inklusive svampar, bakterier och oomyceter, som kan orsaka sjukdomar hos växter. Många viktiga växtpatogener innehåller gener som kodar för AVR-proteiner. AVR-gener spelar en viktig roll för att utlösa en växts immunsvar och orsaka sjukdom. AVR-proteiner känns igen av motsvarande sjukdomsresistensproteiner i värdväxten, vilket leder till en försvarsreaktion som kan begränsa eller förhindra infektion. Som sådana har AVR-gener använts i årtionden i växtförädlingsarbetet för att utveckla resistenta sorter.
"För att resistensförädling ska bli framgångsrik måste resistensgenerna som används vara hållbara, vilket innebär att de kan ge effektiv resistens under en lång tidsperiod", säger medförfattaren Brent Threlfall, en biträdande projektforskare vid Institutionen för växtpatologi vid Institutionen för växtpatologi. UC Davis. "Men den snabba och frekventa uppkomsten av nya patogenstammar som kan övervinna dessa motstånd har frustrerat dessa ansträngningar."
De patogenstammar som dyker upp, ofta kallade "virulenta" stammar, innehåller nya eller muterade versioner av AVR-gener. Förmågan hos dessa AVR-gener att förändras innebär att de kan undvika upptäckt av växtens immunsystem och orsaka sjukdomar på tidigare resistenta växter.
Forskarna använde en mängd olika metoder, inklusive jämförande genomik, bioinformatik, molekylärbiologi och funktionella studier för att förstå den mystiska spridningen av AVR-gener bland olika svamparter. De fokuserade på två av de mest destruktiva svamppatogenerna från spannmål över hela världen, Magnaporthe oryzae, orsaksmedlet för rissprängningssjukdom, och Zymoseptoria tritici, orsaksmedlet för Septoria tritici fläck i vete.
Forskarna kunde visa att RMEAV är autonoma repliker som replikerar och sprids med hjälp av värdsvampens replikations- och transkriptionsmaskineri. De fann också att RMEAV kan fungera som själviska element, vilket innebär att de inte ger någon direkt fördel för svampen men kan fortfarande framgångsrikt spridas genom en population.
"Att förstå mekanismerna bakom den snabba spridningen av AVR-gener bland olika svamparter är avgörande för att utveckla strategier för att förbättra hållbarheten hos resistensgener i grödor", säger studiens seniorförfattare Jian-Min Yuan, professor vid institutionen för växtpatologi vid UC Davis. "Våra resultat ger nya ledtrådar om hur vissa patogener snabbt kan anpassa sig och övervinna växtresistens, vilket hjälper oss att ligga steget före i kampen mot förödande växtsjukdomar."
