Washington, DC
March 26, 2009
Agricultural Research Service, USDA
By Jan
Suszkiw
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Scientists from the Agricultural Research Service, Iowa
State University and Brazil have identified a cluster of
soybean genes that provide resistance to the fungus
Phakopsora pachyrhizi, which causes Asian soybean rust.
Photo courtesy of Reid Frederick, ARS |
Using state-of-the-art genomics
techniques, a team of scientists from the
Agricultural Research Service
(ARS), Iowa State University
(ISU) and Brazil have identified a cluster of soybean genes that
provide resistance to the fungus Phakopsora pachyrhizi,
which causes Asian soybean rust (ASR). The discovery will
help defend the $27 billion U.S. soybean crop against ASR,
through conventional breeding or biotechnological means.
ASR was first detected
in the continental United States in 2004. Although fungicide use
is effective against ASR, providing farmers with resistant
cultivars is more sustainable, according to geneticist
Michelle Graham. She's with the
ARS Corn Insects and Crop Genetics Research Unit in Ames,
Iowa.
Genetic mapping previously
linked ASR resistance to five DNA regions, or "loci," within the
soybean genome, named Rpp1 through Rpp5. Screening
of 15,000 accessions in the ARS soybean germplasm collection
revealed how uncommon resistance is: Less than 5 percent of the
accessions are resistant.
Graham’s group sequenced the
Rpp4 locus and identified a cluster of candidate genes that
confer ASR resistance. Comparisons of susceptible and resistant
cultivars identified a single candidate gene, Rpp4C4,
thought to bestow resistance. Rpp4C4 is one of five
nearly identical genes in the Rpp4 locus. Frequent
"shuffling" or recombination within the cluster allowed new
disease resistance genes to be formed.
For example, soybean cultivar
Williams82 has three resistance genes in the cluster and lacks
Rpp4C4, making it vulnerable to ASR. However, line
PI459025B, the source of Rpp4 resistance, has five
candidate genes. “Virus-induced gene silencing" studies were
used to turn off the Rpp4 candidate genes in PI459025B,
making it susceptible to ASR and confirming the genes’
importance.
Graham, together with Jenelle
Meyer,
Kerry Pedley and
Randy Shoemaker of ARS; Chunling Yang, Chunquan Zhang,
Martijn van de Mortel, John Hill and Steve Whitham of ISU; and
Ricardo Abdelnoor and Danielle Silva of the
Brazilian Agricultural
Research Corporation (Embrapa) in Brazil, published their
findings recently in the online edition of
Plant Physiology.
ARS is the principal intramural
scientific research agency of the
U.S. Department of Agriculture.
Científicos identifican los genes de
soya que proveen resistencia contra la roya
Con el uso de las últimas
técnicas de la genómica, un grupo de científicos del
Servicio de Investigación Agrícola (ARS), la
Universidad Estatal de Iowa
(ISU por sus siglas en inglés), y Brasil han identificado un
grupo de genes de soya que proveen resistencia contra el hongo
Phakopsora pachyrhizi, el cual causa la roya asiática de
la soya (ASR por sus siglas en inglés).
Este descubrimiento ayudará a
defender el cultivo estadounidense de soya, el cual tiene un
valor anual de 27 mil millones de dólares, contra ASR por la
crianza convencional o por métodos biotecnológicos.
La ASR fue detectada por
primera vez en EE.UU. en el año 2004. Aunque el uso de
fungicidas es eficaz contra ASR, la estrategia de desarrollar
cultivares que tienen resistencia a la enfermedad es más
sostenible, según genetista
Michelle Graham. Ella trabaja en la
Unidad de Investigación de Insectos de Maíz y la Genética de
Cultivos mantenida por el ARS en Ames, Iowa.
Un mapa genético previamente
conectó la resistencia a la ASR con cinco regiones de ADN, o
loci, dentro del genoma de la soya. Estos loci se llaman Rpp1,
Rpp2, Rpp3, Rpp4 y Rpp5. Una
evaluación de 15.000 accesiones en la colección del ARS de
germoplasma de soya reveló la rareza de la resistencia: Menos
del 5 por ciento de las accesiones son resistentes.
El grupo de Graham secuenció el
locus Rpp4 e identificó un grupo de genes candidatos allí
que proveen resistencia contra ASR. Comparaciones de cultivares
susceptibles y resistentes identificaron un solo gen candidato,
llamado Rpp4C4. Se piensa que este gen provee
resistencia. Rpp4C4 es uno de cinco genes casi idénticos
en el locus Rpp4. Recombinaciones frecuentes dentro de
este grupo de genes facilitaron la formación de nuevos genes de
resistencia contra la enfermedad.
Por ejemplo, el cultivar de
soya Willams82 tiene tres genes de resistencia del grupo, pero
carece de Rpp4C4, haciéndolo vulnerable a ASR. Sin
embargo, la línea PI459025B, la cual es una fuente de la
resistencia provista por Rpp4, tiene cinco genes
candidatos. Los investigadores utilizaron la técnica del
silenciamiento génico inducido por virus para apagar los genes
candidatos de Rpp4 en PI459025B, de este modo haciendo
esa línea susceptible a ASR y confirmando la importancia de
estos cinco genes.
Graham y sus colaboradores
Jenelle Meyer,
Kerry Pedley y
Randy Shoemaker del ARS; Chungling Yang, Chunquan Zhang,
Martijn van de Mortel, John Hill y Steve Whitham de ISU; y
Ricardo Abdelnoor y Danielle Silva de la
Empresa Brasileira de Pesquisa
Agropecuária, recientemente publicaron los hallazgos en un
número en línea de la revista 'Plant
Physiology' (Fisiología de Plantas).
ARS es la agencia principal de
investigaciones científicas del
Departamento de
Agricultura de EE.UU. |
