A causa degli effetti del collo di bottiglia, il grano moderno soffre di una diversità genetica estremamente bassa, che ha portato all’erosione genetica e ad una maggiore suscettibilità e vulnerabilità agli stress ambientali, ai parassiti e alle malattie. Il farro selvatico, Triticum dicoccoides, (2n =4x =28, AABB), è l'antenato selvatico diretto sia del grano duro che del grano tenero, fornendo una nuova variazione naturale per il miglioramento del grano moderno.

I ricercatori dell'Istituto di genetica e biologia dello sviluppo (IGDB) dell'Accademia cinese delle scienze hanno fatto progressi nella clonazione di un gene di resistenza all'oidio ad ampio spettro, Pm36, che codifica per una nuova chinasi tandem con un dominio transmembrana (WTK7-TM) originaria di farro selvatico.

I risultati sono stati pubblicati online su Nature Communications il 10 aprile.

Pm36 è stato identificato per la prima volta da linee di introgressione di reincrocio di farro selvatico e grano duro e mappato sul braccio cromosomico 5BL da scienziati dell'Università di Bari, Italia, utilizzando il polimorfismo della lunghezza del frammento amplificato, la ripetizione della sequenza semplice (SSR) e il tag della sequenza espressa (EST) - produttori derivati.

Gli scienziati della China Agricultural University hanno sviluppato una linea di introgressione di retroincrocio di farro selvatico e grano tenero resistente all'oidio più o meno nello stesso periodo di tempo e hanno mappato accuratamente lo stesso gene utilizzando SSR polimorfico, marcatori del sito contrassegnati da sequenze derivate da EST eseguendo analisi genomiche comparative.

In questo studio, per clonare Pm36, è stata utilizzata una popolazione di segregazione più ampia composta da 31.786 gameti per mappare finemente Pm36 in un piccolo intervallo genomico contenente solo quattro geni ad alta confidenza secondo le sequenze genomiche di riferimento disponibili del grano e dei suoi parenti selvatici. Tuttavia, nessuno di questi geni è risultato essere Pm36 dopo che i due geni espressi entro questo intervallo sono stati introdotti separatamente nella cultivar di grano altamente sensibile Fielder mediante trasformazione mediata da Agrobacterium per la caratterizzazione funzionale.

I ricercatori si sono poi chiesti se si trattasse di una variazione nella struttura genomica della regione del gene Pm36. Sfruttando il costo ridotto della tecnologia di sequenziamento a lettura lunga PacBio SMRT, la linea di introgressione tetraploide del farro selvatico e del farro duro 5BIL-29 che trasporta Pm36 è stata sequenziata per generare letture HiFi e letture Hi-C per l'assemblaggio della sequenza del genoma. Dal genoma assemblato è stato catturato un contig ptg000422 da 7,1 Mb che copre l'intero intervallo di mappatura fisica Pm36 (1,17 Mb).

Non sorprende che sia stata trovata un'ampia sequenza di inserzione nella regione fisica Pm36 che ospita sette ulteriori geni previsti e una presunta chinasi tandem con un dominio transmembrana previsto (WTK7-TM) è stata ulteriormente confermata come il gene Pm36.

L'analisi della variazione aplotipica ha rivelato che Pm36 (WTK7-TM) era presentato solo nel pool genetico del farro selvatico meridionale. L’assenza di Pm36 e di molti altri geni clonati di resistenza alle malattie, come Pm41, Yr15 e Yr36, negli habitat naturali del farro selvatico della Turchia sudorientale, dove si ritiene che il grano sia stato addomesticato, così come nel grano coltivato tetraploide ed esaploide, ha rivelato che questi geni di resistenza alle malattie sono stati lasciati allo stato selvatico e non integrati nel pool genetico del grano coltivato.

La maggior parte dei geni di resistenza del grano clonato codificano per proteine ​​recettoriali ripetute ricche di leucina che legano i nucleotidi intracellulari. La chinasi tandem del grano (WTK) è stata recentemente caratterizzata come una nuova proteina di resistenza nel grano e nei suoi parenti selvatici per molti tipi di resistenza alle malattie, tra cui ruggine striata, ruggine dello stelo, ruggine fogliare, oidio e esplosione del grano.

Pm36/WTK7-TM è stato scoperto nel farro selvatico e ha dimostrato di essere resistente a diversi isolati di Blumeria graminis f. sp. tritici. Il PM36 è stato utilizzato per sviluppare linee di riproduzione avanzate con resistenza ad ampio spettro e potenziale di rendimento elevato per garantire la sicurezza alimentare.