Washington, DC
February 27, 2009
Agricultural Research Service, USDA
By
Alfredo Flores
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Discovery of 3,000 proteins in common beans could help
breeders develop crop resistance to a major problem,
bean rust fungus, as well as to Asian soybean rust, a
growing threat to soybeans in the United States. El
descubrimiento de 3.000 proteínas producidas en plantas
de judías comunes podría ayudar a los criadores a
desarrollar plantas con resistencia a la roya del frijol
y la roya asiática de la soya, la cual es una amenaza
creciente al cultivo de soya en EE.UU. Photo by Peggy
Greb. |
The detection of 3,000 proteins
produced in plants of common beans could help breeders develop
resistance against the bean rust fungus, Uromyces
appendiculatus, a major concern for domestic dry bean and
snap bean growers. This rust is prevalent throughout the
continental United States, according to research by
Agricultural Research Service
(ARS) scientists and cooperators.
Plant pathologist
Bret Cooper, at the ARS
Soybean Genomics and Improvement Laboratory (SGIL) in
Beltsville, Md., leads the research, which could help scientists
determine which proteins produced in bean plants are involved in
providing resistance to rust fungus.
The symptoms of this rust
initially appear as small white flecks on the upper leaf
surface, then develop into reddish-brown pustules (small
eruptions on the leaf surface). When severe infections occur,
the leaves curl upward, dry, turn brown, and drop prematurely,
and pod set, pod fill and seed size are reduced.
To make matters worse, in 2004,
a separate rust fungus that causes Asian soybean rust—which
infects soybeans, but not common beans—arrived in the United
States. Domestic soybean cultivars have little resistance to
soybean rust, and now America's second largest crop is severely
threatened by this new disease. It is hoped that the discovery
of the dry bean rust disease resistance proteins will help
identify similar proteins in soybeans and advance soybean
breeding efforts as well.
Until recently, disease
resistance genes and the proteins they produce were studied one
at a time, but Cooper and his team used a process called
high-throughput mass spectrometry to identify, at a much faster
rate, proteins by their unique molecular mass. With this
technology, they evaluated more than 3,000 rust resistance
proteins in bean over the course of two-and-a-half years, and
measured how protein levels change in plants, and which ones
provide disease resistance.
This study revealed more than
1,500 “molecular battles”— interactions between the fungus and
the plant—and led to the identification of a potential set of
proteins thought to be master regulators of a strong resistance
response in the plant. This new information may help breeders
improve bean varieties that are currently threatened by rust.
The scientific team also
includes molecular biologist
Mark Tucker, plant physiologist
Kimberly Campbell, and bean breeder
Talo Pastor-Corrales at SGIL, as well as molecular biologist
Brian Scheffler at the Mid South Area Genomics Laboratory in
Stoneville, Miss. Other collaborators include scientists at
Johns Hopkins University in
Baltimore and the University
of Missouri in Columbia.
The research was published
recently in Molecular and
Cellular Proteomics.
ARS is the principal
intramural scientific research agency in the
U.S. Department of Agriculture.
Por
Alfredo Flores
27 de febrero 2009
La detección de 3.000 proteínas
producidas en plantas de judías comunes podría ayudar a los
criadores a desarrollar plantas con resistencia al hongo
Uromyces appendiculatus, el cual causa la roya del frijol.
Esta enfermedad es una preocupación principal para los
productores de judías comunes y judías verdes. Este hongo está
presente en todas partes de los EE.UU. continentales, según los
resultados de investigaciones por científicos del Servicio de
Investigación Agrícola (ARS) y sus colaboradores.
Patólogo de plantas
Bret Cooper, quien trabaja en el
Laboratorio de la Genómica y el Mejoramiento de Soya (SGIL
por sus siglas en ingles) mantenido por el ARS en Beltsville,
Maryland, es líder de la investigación, la cual podría ayudar a
los científicos a determinar cuáles de las proteínas producidas
en las plantas de judía están involucradas en proveer
resistencia al hongo que causa la roya del frijol.
Los síntomas de esta roya
aparecen al principio como motas pequeñas y blancas en la
superficie de la hoja. Estas motas se convierten en pústulas
rojizas (erupciones pequeñas en la superficie de la hoja).
Cuando las infecciones severas comienzan, las hojas se enrollan,
se secan, se broncean, y se caen antes de tiempo, y la formación
de semillas y su tamaño se reducen.
Para colmo de desgracias, en el
año 2004, otro hongo que causa la roya asiática de la soya—la
cual infecta soya, pero no las judías comunes—llegó a EE.UU. Los
cultivares de soya producidos en EE.UU. no tienen mucha
resistencia a la roya asiática de la soya, y ahora esta nueva
enfermedad amenaza el segundo cultivo más grande de EE.UU. Se
espera que el descubrimiento de las proteínas de resistencia
contra la roya del frijol ayude a identificar proteínas
semejantes en soya y también ayude a mejorar los programas de
crianza de soya.
Hasta recientemente, los genes
que confieren resistencia a enfermedades, y las proteínas
producidas por estos genes, se estudian de uno en uno. Pero
Cooper y su grupo usaron un proceso llamado la espectrometría de
masa de alto rendimiento para identificar, con una velocidad
significativamente más rápida, las proteínas basadas en su masa
molecular única. Con esta tecnología, evaluaron más de 3.000
proteínas de resistencia contra la roya en las judías durante un
período de 30 meses, y midieron cómo los niveles de las
proteínas se cambian en las plantas, y cuáles de las proteínas
proveen resistencia contra enfermedad.
Este estudio reveló más de
1.500 "batalles moleculares"—interacciones entre el hongo y la
planta—y llevó a la identificación de un grupo de proteínas que
podrían ser reguladores de una reacción fuerte de resistencia en
la planta. Esta nueva información podría ayudar a los criadores
a mejorar las variedades de judías ahora amenazadas por la roya.
El grupo científico incluyó
biólogo molecular
Mark Tucker, fisióloga de plantas
Kimberly Campbell and criador de judías
Talo Pastor-Corrales en SGIL, junto con biólogo molecular
Brian Scheffler en el Laboratorio Medio-Sur de la Genómica
en Stoneville, Misisipí. Otros colaboradores incluyen
científicos de la Universidad
Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, y la
Universidad de Misurí en
Columbia.
Los hallazgos de esta
investigación fueron publicados recientemente en la revista 'Molecular
y Cellular Proteomics' (Proteómica Molecular y Celular).
ARS es la agencia principal
de investigaciones científicas del
Departamento de
Agricultura de EE.UU. |
