Команда ученых-ботаников совершила значительный прорыв в понимании того, как растения картофеля защищаются от порошистой парши – опасного заболевания, которое поражает эту важную культуру по всему миру.
Возбудитель порошистой парши Spongospora subterranea f. sp. subterranea (Sss) – почвенный патоген, принадлежащий к семейству Plasmodiophoraceae. Симптомы заболевания проявляются под землей в виде корневых галлов и пятен на клубнях с порошкообразным видом.
Пятна на клубнях особенно проблематичны для производителей свежей продукции, часто приводя к отбраковке груза из-за эстетических дефектов, что влечет за собой экономические потери. Сильное поражение корней еще больше усугубляет потери урожая клубней, нарушая поглощение питательных веществ и воды.
Кроме того, Sss является переносчиком вируса метельчатой верхушки картофеля, карантинного патогена в нескольких странах. Этот вирус вызывает внутренний некроз клубней и задержку роста растений, снижая урожайность и ограничивая международную торговлю из-за карантинных правил.
Борьба с порошистой паршой представляет особую сложность из-за высокой стойкости покоящихся спор, которые сохраняют жизнеспособность в почве десятилетиями без хозяина. Эффективные химические методы борьбы отсутствуют, и современные стратегии борьбы основаны на превентивных мерах, таких как использование чистых семенных запасов и менее восприимчивых сортов. Хотя устойчивые сорта представляются перспективным решением, генетическая основа устойчивости к Sss остается недостаточно изученной, что ограничивает селекционные усилия по устойчивой борьбе с заболеванием.
Защитные реакции растений на патогены регулируются защитными фитогормонами, которые часто формируются образом жизни патогена, будь то биотрофный или некротрофный. Защита от биотрофных патогенов обычно включает механизмы на основе салициловой кислоты, тогда как защита от некротрофных патогенов в первую очередь основана на путях, опосредованных жасмоновой кислотой и этиленом.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Molecular Plant-Microbe Interactions, учёные из Университета штата Вашингтон совместно с коллегами Техасского университета A&M установили, что растения картофеля наиболее сильно зависят от салициловой кислоты - растительного гормона, наиболее известного своей ролью в активации иммунного ответа, — для защиты корней от этого необычного захватчика. Хотя салициловая кислота широко известна как естественный защитный сигнал растений, она также имеет историческое значение в медицине: она является предшественником ацетилсалициловой кислоты, более известной как аспирин.
В отличие от большинства фитопатогенов , которые являются грибами или бактериями, Sss относится к протистам — малоизученной группе одноклеточных организмов, редко изучаемых в исследованиях болезней растений. Поскольку Sss невозможно культивировать в лабораторных условиях, и он сохраняется в почве годами, его изучение остаётся особенно сложным, а борьба с ним традиционными методами ведения сельского хозяйства практически невозможна.
«Растения используют разные иммунные стратегии в зависимости от типа атакующего их патогена, - пояснил Киваму Танака (Университет штата Вашингтон). - Поскольку Sss ведёт себя как биотроф - патоген, питающийся живой растительной тканью , - мы предположили, что путь салициловой кислоты может быть задействован в защите растения».
Чтобы проверить это, исследовательская группа изучила, как изменился уровень гормонов в корнях картофеля после заражения Sss. Они обнаружили, что уровень салициловой кислоты резко возрос после заражения, в то время как уровень других важных защитных гормонов, таких как жасмоновая кислота, остался неизменным. Дальнейшие генетические эксперименты подтвердили, что нарушение сигнального пути салициловой кислоты делает растения более уязвимыми к инфекции, а его усиление повышает устойчивость - убедительное доказательство того, что салициловая кислота играет центральную роль в иммунном ответе картофеля на Sss.
Инновационность исследования была усилена применением передовой системы «бородатых корней», которые вызывает бактерия Rhizobium rhizogenes. Она индуцировала гормононезависимые корневые структуры для быстрого изучения взаимодействия корней и патогенов в контролируемой среде. В отличие от традиционных почвенных анализов, которые могут занимать месяцы, эта система позволила исследователям получать достоверные результаты по заражению всего за 2-4 недели, что значительно ускорило процесс исследования.
A. Здоровые волосатые корни картофеля через 21 день после индукции Rhizobium rhizogenes. B. Образование галловидных структур на волосатых корнях. C. Спорангии Sss, окрашенные трипановым синим, обнаружены в корневых волосках через 4 недели после инокуляции. D. Спорангии Sss, окрашенные трипановым синим, обнаружены в коре волосатых корней через 8 недель после инокуляции. Автор: Самодья К. Джаясингхе и др.
Поскольку Sss является двойной угрозой: и как корневой патоген, и как переносчик вируса, ученые могут разработать меры контроля, позволяющие бороться с двумя серьёзными заболеваниями картофеля по цене одного.
«Впервые мы получили чёткое представление о том, как картофель естественным образом защищается от этого вида патогена. Поскольку Sss очень сложно изучать, а эффективных методов лечения не существует, наши результаты создают важную основу для разработки сортов картофеля с повышенной устойчивостью — в чём мировая промышленность остро нуждается», - заявил Самодья Джаясингхе (Университет штата Вашингтон).
Источник: American Phytopathological Society.
Samodya K. Jayasinghe et al, Salicylic Acid Plays a Major Role in Potato Defense Against Powdery Scab Pathogen, Spongospora subterranea f. sp. subterranea, Molecular Plant-Microbe Interactions (2025). DOI: 10.1094/MPMI-12-24-0154-R