Orobanche cumana Wallr, или заразиха, – корневой паразит, вызывающий значительные потери урожая (до 50%) на полях подсолнечника. Этот голопаразит полностью удовлетворяет свои потребности в воде, минеральных веществах и органических питательных веществах из сосудистой системы растения-хозяина. Одних лишь агротехнических приемов недостаточно для борьбы с этим вредителем.
Из-за частичной или полной потери фотосинтеза паразитические растения внедряются либо в стебель, либо в корни растения-хозяина и получает питательные вещества от хозяина для удовлетворения потребностей своего жизненного цикла. В результате у хозяина часто происходит задержка роста. Около 1% видов покрытосеменных растений (примерно 4000 видов) были идентифицированы как паразитические растения, которые широко распространены в мире.
Некоторые паразитические растения заражают сельскохозяйственные растения и представляют угрозу для урожайности. Паразитическое растение Orobanche cumana Wallr., которое паразитирует специально на подсолнечнике, Helianthus annuus, развивает специализированный орган, называемый гаусторием, для проникновения в корни хозяина и получения питательных веществ, таких как углеводы, аминокислоты, органические кислоты и минеральные соли.
Кроме того, заразиха производит большое количество мелких и незаметных семян, которые могут легко рассеиваться в окружающей среде, тем самым загрязняя новые посевные поля или ставя под угрозу последующие сельскохозяйственные севообороты. Поэтому O. cumana, как и многие другие виды Orobanche, указан в фитосанитарных правилах большинства стран.
Вспышки заразихи произошли по всему миру, например, в Испании 40 000 гектаров зараженных сельскохозяйственных угодий подсолнечника были заброшены из-за разрушительного паразитизма заразихи.
Для ограничения паразитирования O. cumana в сельском хозяйстве применялись различные стратегии, такие как севооборот с растениями, не являющимися хозяевами, и применение химических пестицидов. Однако эти стратегии либо недостаточны, либо небезопасны для окружающей среды. Хотя исследователи разработали устойчивые к паразитированию O. cumana сорта подсолнечника, эту устойчивость можно обойти благодаря появлению новых штаммов паразита.
Механизмы устойчивости к паразитическим растениям изучены меньше, чем механизмы устойчивости к другим патогенам или вредителям.
Растения обладают врожденной иммунной системой, которая запускает защиту от многочисленных потенциальных патогенов через патоген-ассоциированные молекулярные паттерны. Устойчивость растений-хозяев к паразитическим сорнякам аналогична их устойчивости к патогенам. Эта гипотеза также подтверждается тем фактом, что томат реагирует на небольшой пептидный фактор, встречающийся в Cuscuta spp., иммунными реакциями, обычно активируемыми после восприятия микробно-ассоциированных молекулярных паттернов.
Сложные сигнальные пути, связанные с системной устойчивостью, часто включающие путь системной приобретенной устойчивости (SAR), зависящий от салициловой кислоты (SA), и ответы жасмоновой кислоты (JA) и/или этилен-зависимой индуцированной системной устойчивости (ISR), приводят к активации набора генов защиты, которые определяются взаимодействием хозяина и паразита.
Streptomyces rochei D74 является микроорганизмом, стимулирующим рост растений, и широко используется при выращивании подсолнечника для стимуляции роста растений.
«В наших методах ведения сельского хозяйства на загрязненных O. cumana сельскохозяйственных угодьях мы неожиданно наблюдали резкое подавление паразитизма заразихи на растениях подсолнечника после применения штаммов S. rochei D74: почти 0% паразитизма наблюдалось в корнях подсолнечника. Однако текущие исследования остаются ограниченными поверхностными явлениями с недостаточным изучением того, как применяемые методы влияют на паразитизм заразихи. Поэтому мы использовали лабораторные эксперименты для выяснения того, как S. rochei D74 усиливает иммунную систему растений и изменяет микробные сообщества ризосферы, тем самым эффективно подавляя паразитизм O. cumana. Выяснение этого механизма обеспечивает теоретическую основу для будущего управления паразитическими растениями», - рассказывают авторы исследования из Северо-Западного университета A&F, Китай.
В эксперименте использовались семена подсолнечника сорта `363`, восприимчивого к заразихе, а сам сорняк был собран на зараженной паразитами ферме по выращиванию подсолнечника в городе Баяннур.
Актиномицет S. rochei D74 (номер доступа GenBank KJ145878) был выделен из здоровой почвы шалфея краснокорневищного (Salvia Miltiorrhiza Bge.) в провинции Шэньси. Штамм S. rochei D74 был исследован, идентифицирован и сохранен командой в Лаборатории микробных ресурсов Колледжа природных ресурсов и окружающей среды Северо-Западного университета A&F (Янлин, провинция Шэньси, Китай). Споровый порошок S. rochei D74 приготовили методом твердофазной ферментации, а полученный штамм имел общее количество жизнеспособных колониеобразующих единиц 5 × 1010 /г.
«В данном исследовании изучался механизм действия проверенного штамма Streptomyces rochei D74, стимулирующего рост растений, на ингибирование паразитизма O. cumana в эксперименте по совместному культивированию. Мы провели эксперименты по совместному культивированию подсолнечника, заразихи и S. rochei D74 в горшках и стерильных условиях. Наши результаты показывают, что инокулированные бактерии вызвали системную устойчивость подсолнечника (SAR и ISR) за счет повышения активности ферментов, связанных с устойчивостью (SOD, POD, PPO и PAL), экспрессии генов маркеров системной устойчивости ( PR-1 и NPR1 ), генов синтеза этилена (HACS. 1 и ACCO1) и генов синтеза жасмоновой кислоты (pin2 и lox). Уровни экспрессии генов маркеров ISR (lox, HACS. 1 , ACCO1 и pin2 ) увеличились в 1,66–7,91 раза на стадии проростков. Одновременно с этим S. rochei D74 образовал защитный слой на поверхности корня подсолнечника, предотвращая соединение O. cumana с сосудистой системой корней подсолнечника. Кроме того, S. rochei D74 снизил синтез 5DS вещества-предшественника стригола, что привело к снижению прорастания семян заразихи. Результаты показали, что штамм S. rochei D74 повысил системную устойчивость и снизил прорастание семян, предотвратив паразитирование O. cumana», - подчеркивают исследователи.
Когда обработка штаммом S. rochei D74 одновременно активировала пути резистентности ISR и SAR у подсолнечника, то их активация, вероятно, приводила к накоплению каллозы в межклеточном пространстве, эффективно предотвращая достижение корня ростковой трубкой паразита.
Проще говоря, S. rochei D74 колонизировал поверхность корня, нишу, которая повысила его эффективность в сопротивлении паразитарной инфекции.
И, таким образом, штамм S. rochei D74, как проверенный штамм, стимулирующий рост растений, может стимулировать рост подсолнечника-хозяина, одновременно повышая его устойчивость за счёт повышения активности генов и ферментов, связанных с устойчивостью, а также образования защитного слоя на поверхности корня.
Наконец, внесение штамма S. rochei D74 в почву увеличило разнообразие бактерий и обилие потенциально полезных микробов в ризосфере растений подсолнечника. Кроме того, состав и функции микробного сообщества ризосферы подсолнечника динамически менялись в зависимости от фазы развития хозяина, открывая новые возможности для более устойчивого контроля заразихи на подсолнечнике и других паразитических растений в сельскохозяйственных культурах.
По статье группы авторов (Цзяо Си, Тенци Сюй, Занбо Дин, Чонгсен Ли, Сики Хан, Руина Лян, Юнцин Ма, Цюаньхун Сюэ, Яньбин Линь), опубликованной в журнале Agriculture 2025 на портале www.mdpi.com.
Фото принадлежит группе указанных авторов.
На фото вы видите, как O. cumana подавляется штаммом S. rochei D74, что способствует росту растения-хозяина. (a) семена O. cumana не паразитировали на корнях подсолнечника с добавлением S. rochei D74 в эксперименте по совместному культивированию. Красные круги – это семена, которые проросли, но не были успешно заражены паразитами. (b) Синие стрелки в контрольной группе указывают на то, что семена смогли паразитировать на растениях подсолнечника-хозяина и разрастаться, образуя клубеньки.