Идентификация физиологических рас Puccinia striiformis f. sp. tritici и молекулярное докинг-исследование некоторых биологических средств как перспективных кандидатов в ингибиторы грибка у пшеницы

Почему защита пшеницы важна

Пшеница — краеугольный продукт в рационе людей, и в таких странах, как Египет, она особенно важна для повседневного хлеба. Тем не менее крошечный грибок, оставляющий желтые полосы на листьях — так называемая полосатая ржавчина — может уничтожить целые поля, резко сократив урожай и поставив под угрозу продбезопасность. В этом исследовании отслеживаются новые, высокоагрессивные формы гриба-полосатой ржавчины в Египте и изучаются более экологичные способы их сдерживания с использованием природных продуктов из морских водорослей, полезных грибов и хито­сановых наночастиц вместо полагания только на химические опрыскивания.

Распространяющееся заболевание пшеницы

Полосатая ржавчина процветает в прохладных и влажных условиях и обладает замечательной способностью менять свой генетический состав, что позволяет ей обойти сорта пшеницы, ранее к ней устойчивые. Египет находится в центре глобального «пояса ржавчины», и некоторые вспышки там приводили к почти полным потерям урожая. В сезонах 2023 и 2024 годов исследователи собрали инфекционные листья с десятков полей по всему северному Дельте Египта. Испытания этих образцов на специальных «индикаторных» линиях пшеницы с известными генами устойчивости позволили определить, какие формы — или физиологические расы — гриба присутствуют и насколько они опасны.

Выявление новых опасных рас ржавчины

Чтобы выйти за пределы симптомов в полевых условиях, команда обратилась к анализу ДНК. Они сосредоточились на крошечных однонуклеотидных различиях в коде грибка, называемых однонуклеотидными полиморфизмами. Используя определенный ген в качестве маркера, они амплифицировали и секвенировали ДНК от наиболее агрессивных изолятов. Сравнение этих последовательностей с глобальными базами данных подтвердило, что все они относятся к виду полосатой ржавчины Puccinia striiformis f. sp. tritici, и показало, насколько египетские штаммы близки к другим версиям по всему миру. Пять особенно агрессивных рас были впервые выявлены в Египте и зарегистрированы в GenBank, чтобы другие ученые могли их отслеживать. Эти новые расы способны поражать многие гены устойчивости, на которые полагаются селекционеры, что подчеркивает скорость эволюции патогена.

Какая пшеница все еще может дать отпор?

Исследователи затем протестировали 20 египетских сортов пшеницы и 52 линии селекции из международного центра CIMMYT на стадиях всходов и взрослых растений. Большинство коммерческих египетских сортов оказались восприимчивыми, особенно в фазе взрослых растений, что означает высокий риск поражения в реальных поле­вых условиях. Некоторые, такие как Misr-4 и Giza 168, постоянно демонстрировали сильную или почти иммунную реакцию. Среди линий CIMMYT несколько с определенными генами устойчивости — особенно линии с генами, известными как Yr5, Yr15 и YrSp — оставались устойчивыми ко всем пяти новым расам. Эти выдающиеся линии представляют ценность как родительские материалы для будущих селекционных программ, направленных на получение пшеницы, стойкой к следующим волнам полосатой ржавчины.

Защита от ржавчины на основе природы

Поскольку выведение новых сортов требует времени, команда также испытала более оперативные, экологичные средства защиты. Они опрыскали пшеницу тремя биологическими препаратами: экстрактом бурой водоросли Sargassum latifolium, полезным почвенным грибом Trichoderma harzianum и хито­сановыми наночастицами, полученными из природного полимера, похожего на материал крабовых панцирей. В условиях теплицы и в полевых испытаниях все три препарата существенно снижали тяжесть полосатой ржавчины по сравнению с необработанными растениями, и их эффективность приближалась к стандартному фунгициду. Наибольшее снижение болезни дали хито­сановые наночастицы, за ними следовал экстракт водоросли; Trichoderma оказалась несколько менее активной, но все же полезной. Обработанные растения не только оставались более здоровыми, но и давали более тяжелые, лучше заполненные зерна, что повышало урожайность.

Заглянуть в грибок на молекулярном уровне

Чтобы понять, как действуют эти природные препараты, ученые применили компьютерный молекулярный докинг — по сути виртуальные химические эксперименты. Они построили трехмерную модель ключевого грибкового белка Pst11215, эффектора, которым ржавчина ослабляет защиту пшеницы, вмешиваясь в энергетические каналы клеток растения. Затем смоделировали, как отдельные соединения из экстракта водоросли, от Trichoderma и из хито­сана могут «встраиваться» в этот белок, как ключи в замок. Несколько молекул из водоросли, включая пигменты и полифенолы, а также соединения Trichoderma, такие как хитиназа и виридин, предсказательно прочно связывались с активными участками эффектора. Это предполагает, что они могли бы блокировать его функцию, позволяя собственным защитным реакциям пшеницы идти своим чередом и затрудняя инфекцию.

К более безопасной защите хлебной пшеницы

Проще говоря, это исследование показывает, что грибок полосатой ржавчины в Египте становится более стойким, с новыми генетическими расами, способными преодолевать большую часть существующей устойчивости пшеницы. В то же время оно предлагает обнадеживающий путь вперед: сочетание тщательно подобранных устойчивых линий пшеницы с биологическими препаратами, полученными из водорослей, дружественных грибов и хито­сановых частиц. Эти природные средства могут ослаблять грибок на молекулярном уровне, снижать уровень болезни в поле и повышать урожайность зерна, одновременно уменьшая зависимость от синтетических фунгицидов. В совокупности они указывают на более устойчивую стратегию защиты пшеницы, обеспечивающей продовольственную безопасность миллионов людей.

Цитирование: Omar, H.S., Shahin, A.A., Sehsah, M.D. et al. Identification of physiological races of Puccinia striiformis f. sp. tritici and molecular docking of some biological treatments as prospective fungal inhibitor candidates in wheat. Sci Rep 16, 14423 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50602-2

Ключевые слова: полосатая ржавчина пшеницы, биологический контроль, селекция пшеницы, управление болезнями растений, молекулярный докинг