Один из самых перспективных в биозащите растений нитчатых бактериофагов, XaF13 (инфицирует Xanthomonas vesicatoria, главного возбудителя черной бактериальной пятнистости пасленовых культур), прошел всестороннее исследование для практического применения.
Бактериофаги — наиболее распространенные биологические организмы на Земле. В природе бактериофаги играют важную роль в формировании бактериальных сообществ, модулируя их популяции и придавая им новые свойства. В последние годы наблюдается растущий интерес к бактериофагам благодаря их биотехнологическому потенциалу в широком спектре применений, включая сельское хозяйство.
Однако, несмотря на этот прогресс, многие аспекты биологии бактериофагов остаются малоизученными, особенно те, которые связаны с их биологическими характеристиками и экологической ролью. В этом контексте нитевидные бактериофаги представляют собой недостаточно изученную группу, особенно те, которые инфицируют фитопатогенные бактерии.
Из-за их огромного разнообразия ни одна отдельная система классификации не может в полной мере отразить их биологическую сложность.
Вместо этого для классификации и сравнения бактериофагов используются множественные взаимодополняющие подходы, такие как морфология, цикл инфекции, таксономия и геномные характеристики, что позволяет исследователям делать выводы о потенциальных характеристиках на основе ранее описанных вирусов.
Быстрое расширение метагеномных данных еще больше увеличило количество известных последовательностей бактериофагов, подчеркивая как ограничения существующих систем классификации, так и необходимость интегративных подходов для лучшего понимания разнообразия бактериофагов.
Согласно последней таксономии, установленной Международным комитетом по таксономии вирусов (ICTV), нитевидные бактериофаги классифицируются в отряде Tubulavirales, который включает три семейства: Inoviridae, Paulinoviridae и Plectroviridae.
Несмотря на растущее число идентифицированных последовательностей иновирусов, ICTV официально классифицировал лишь ограниченное число представителей семейства Inoviridae, что подчеркивает в значительной степени недостаточно изученное разнообразие нитевидных бактериофагов.
В настоящее время это семейство включает более 100 описанных бактериофагов, инфицирующих широкий круг бактериальных хозяев, включая несколько фитопатогенных видов, таких как Ralstonia solanacearum, Ralstonia pickettii, Spiroplasma citri и различные виды Xanthomonas.
На сегодняшний день зарегистрировано лишь около тринадцати нитевидных бактериофагов, способных инфицировать бактерии рода Xanthomonas, что подчеркивает ограниченность изучения иновирусов в этой группе.
Иновирусы обладают кольцевыми одноцепочечными ДНК-геномами, заключенными в цилиндрическую белковую капсиду. Эти вирионы не содержат липидных компонентов, а их длина связана с размером генома. Структурно иновирусы характеризуются гибкими нитевидными частицами, напоминающими длинные тонкие нити.
Отличительной особенностью иновирусов является их способность вызывать хронические инфекции, позволяя инфицированным бактериям продолжать расти и делиться. Эта стратегия инфицирования позволяет бактериофагам распространяться с ограниченным негативным воздействием на жизнеспособность хозяина.
В настоящее время подходы на основе бактериофагов все чаще признаются ценной альтернативой традиционным антимикробным стратегиям в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве. Кроме того, специфичность к хозяину является ключевым преимуществом бактериофагов, которое минимизирует побочные эффекты, такие как нарушение полезной микробиоты.
В сельском хозяйстве использование бактериофагов для борьбы с болезнями представляет собой быстро расширяющуюся область защиты растений, способную дополнить или частично заменить традиционные химические методы обработки.
Хотя некоторые продукты на основе бактериофагов уже используются в коммерческих целях, включая AgriPhage для борьбы с бактериальной черной пятнистостью томатов и перца, Erwiphage для борьбы с бактериальным ожогом, XylPhi-PD для борьбы с болезнью Пирса винограда и Biolyse PB для борьбы с мягкой гнилью картофеля, эти примеры остаются ограниченными конкретными системами «культура-патоген» и географическими регионами
Эффективность стратегий на основе бактериофагов в полевых условиях во многом зависит от стабильности окружающей среды. Такие факторы, как колебания температуры, осадки, засуха и солнечное излучение, особенно ультрафиолетовое (УФ) излучение, могут значительно снизить жизнеспособность бактериофагов на поверхности растений.
Таким образом, оценка устойчивости бактериофагов к стрессовым факторам окружающей среды является важным предварительным шагом в оценке их практического применения. В этом контексте необходима дальнейшая характеристика бактериофага XaF13 для уточнения понимания его геномной архитектуры и биологических свойств.
Настоящее исследование оценивает базовую физико-химическую стабильность XaF13 in vitro в контролируемых условиях pH, температуры, УФ-С излучения и воздействия хлороформа. Хотя геном XaF13 был описан ранее, достижения в технологиях секвенирования предоставляют возможность улучшить разрешение генома и пересмотреть его генетическую организацию.
В этом исследовании ученые из Мексики провели гибридное ресеквенирование генома XaF13, за которым последовал сравнительный геномный и филогенетический анализ для оценки его эволюционного положения в семействе нитевидных бактериофагов. Кроме того, они исследовали стабильность XaF13 в различных физико-химических условиях, включая pH, температуру и ультрафиолетовое (УФ) излучение, чтобы лучше понять его устойчивость к воздействию окружающей среды.
Новизна этого исследования заключается в гибридном реанализе генома XaF13, коррекции его геномной структуры, пересмотренной аннотации полного белка, подобного Zot, и интегрированном сравнительном определении положения этого бактериофага в семействе Inoviridae. В совокупности эти подходы обеспечивают уточненную основу для переоценки геномных особенностей, таксономического положения и биологических свойств XaF13.
Морфологический анализ выявил гибкую нитевидную архитектуру вириона, соответствующую представителям семейства Inoviridae. Для уточнения геномных характеристик геном XaF13 был повторно секвенирован с помощью гибридного подхода, сочетающего недавно полученные длинные прочтения Oxford Nanopore с ранее доступными данными Illumina, в результате чего был получен пересмотренный геном длиной 6965 bp.
Сравнительный геномный анализ и оценка межгеномного сходства выявили низкую нуклеотидную идентичность с родственными иновирусами, что подтверждает признание XaF13 в качестве предполагаемого нового вида на основе пороговых значений видового уровня VIRIDIC.
Филогенетическая реконструкция, основанная на белке, подобном Zot, поместила XaF13 в более широкую линию иновирусов и показала, что он образует отдельную эволюционную ветвь.
Кроме того, физико-химические анализы показали, что XaF13 остается стабильным в широком диапазоне pH и переносит кратковременное воздействие повышенных температур, в то время как обработка хлороформом и УФ-С излучение снижали вирусную инфекционность с течением времени.
В целом, эти результаты подчеркивают геномную уникальность и физико-химическую стабильность XaF13 in vitro, способствуют лучшему пониманию разнообразия нитевидных бактериофагов и обеспечивают основу для будущих исследований его экологической роли и возможных взаимодействий с фитопатогенными бактериями.