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January 29, 2008
ARS News Service
Agricultural Research Service, USDA
By Don
Comis
The world's grasses might not
have survived long enough to evolve into the crops that feed the
human race—as well as provide a growing share of the world's
energy needs—had it not been for one gene that has protected
them against a deadly fungal pathogen for more than 50 million
years. These crops include wheat, corn, rice, rye, barley,
sorghum and switchgrass.
Collaborative research by
Steven Scofield, a research geneticist in the Agricultural
Research Service (ARS)
Crop Production and Pest Control Research Unit in West
Lafayette, Ind., and Purdue
University scientists Guri Johal and Michael Zanis has
proven that this gene, HM1, has been present in all grasses
since shortly after their origin and protects them from the
fungus Cochliobolus carbonum Race 1 (CCR1).
Johal isolated the HM1 gene in
1992 from mutants of corn in which the HM1 genes were not
functional. CCR1 is a devastating pathogen in these mutant corn
lines, causing leaf blight, root and stalk rots, and ear mold.
Fungal species in the genus Cochliobolus were responsible for
three of the worst crop disease epidemics recorded in the 20th
century, including the Southern corn leaf blight of 1970 that
devastated around 15 percent of the U.S. corn crop. Johal also
found that HM1 genes were present in other grass crops, raising
the question: Does HM1 also protect these other plants from
CCR1?
Scofield and ARS colleagues
developed a virus-induced gene silencing system that switched
off all HM1 genes in barley—causing it to become highly
susceptible to CCR1. This proved that the HM1 gene provides CCR1
resistance in other grasses as well.
Thankfully, evolution generated
the HM1 gene that provides highly effective protection against
CCR1 for these crops. The understanding of the first known
disease resistance gene that works across an entire taxonomic
group holds promise for scientists seeking to develop similar
resistance in other crop groups. Since mechanisms underlying
broad disease resistance remain a mystery in plant biology, this
finding represents a major step in understanding an important
process in plant pathological research.
A paper on this research
appears today in the Proceedings
of the National Academy of Sciences.
ARS is the
U.S. Department of Agriculture's
chief scientific research agency.
Other news
from Purdue
University
Resulta que el "arma secreta"
de las hierbas del mundo—el arma que hizo posible la
supervivencia de las hierbas por suficiente tiempo para que
ellas pudieran evolucionar a los cultivos que alimentan a la
raza humana y proveen una parte creciente de la energía
necesitada por el mundo—es un solo gen que ha protegido estas
plantas contra una enfermedad letal fungal por más de 50
millones de años. Estos cultivos incluyen trigo, maíz, arroz,
centeno, cebada, sorgo y el césped Panicum virgatum.
Investigaciones cooperativas
por científicos
Steven Scofield, Guri Johal y Michael Zanis han demostrado
que este gen, llamado HM1, ha estado presente en todas las
hierbas desde un poco después de sus orígenes, y las protege
contra el hongo Cochliobolus carbonum Race 1 (CCR1 por sus
siglas en inglés). Scofield es genetista en la
Unidad de Investigación de Producción de Cultivos y Control de
Plagas, mantenida por el Servicio de Investigación Agrícola
(ARS) en West Lafayette,
Indiana, y Johal y Zanis trabajan en la
Universidad de Purdue en
West Lafayette.
En el 1992, Johal aisló el gen
HM1 de algunos mutantes de maíz en los cuales estos genes no
funcionaron. CCR1 es un patógeno devastador en estas líneas
mutantes de maíz, causando tizón en las hojas, putrefacción en
las raíces y el tallo, y moho en la mazorca.
Especies fungales de
Cochliobolus causaron tres de las epidemias más peores de
enfermedades de cultivos en el siglo XX, incluyendo el tizón
foliar del maíz en el 1970 que devastó aproximadamente el 15 por
ciento de la cosecha de maíz estadounidense. Johal también
descubrió que los genes HM1 fueron presentes en otros cultivos
de hierba, un descubrimiento que provoca la pregunta, ¿Es
posible que este gen también protege estas otras plantas contra
CCR1?
Scofield y sus colegas del ARS
desarrollaron un sistema de silenciamiento génico inducido por
virus que apagó todos los genes HM1 en cebada. A causa de esta
acción, la cebada llegó a ser altamente susceptible a CCR1. Este
resultado mostró que los genes HM1 también proveen resistencia a
CCR1 en otras hierbas.
Afortunadamente, la evolución
generó el gen HM1 que provee la protección altamente eficaz
contra CCR1 para estos cultivos. La comprensión sobre este
gen—el primer conocido para conferir resistencia a enfermedad a
través de un grupo taxonómico entero—ofrece esperanza a otros
científicos trabajando para desarrollar una resistencia similar
en otros grupos de cultivos. Ya que los mecanismos detrás de
este tipo de resistencia amplia todavía están un misterio en la
biología de plantas, este hallazgo representa un paso
significativo en comprender un proceso importante en la
investigación de la patología de plantas.
Un artículo sobre esta
investigación aparece hoy en 'Proceedings
of the National Academy of Sciences' (Procedimientos de la
Academia Nacional de Ciencias).
ARS es la agencia principal
de investigaciones científicas del
Departamento de Agricultura de
EE.UU. |
